使用Nd:YAG激光打孔和切割技术
现代科学技术所需的特殊材料越来越多,这些材料用机械加工方法很难加工,甚至不能加工。对于用普通方法不能或者只能很慢加工的高质量元件,需要采用Nd:YAG激光进行打孔和切割。激光加工的特征表现为:激光脉冲能量高(达50焦耳),脉冲功率大(峰值功率为30一50千瓦),脉冲重复率高(达300脉冲/秒),平均功率达400瓦,脉宽变化范围0.1—1毫秒,经聚焦功率密度可达10的8次方瓦/平方厘米。
有三种激光打孔方式。第一种是单脉冲式打孔。用单脉冲基模激光系统可完成单脉冲打孔,其激光加工的效率,质量和重复性取决于光束的质量,通过对模式和脉冲形状的严格控制,可以获得最佳烟工条件。孔直径为0.02-0.25毫米,最大深度为1.5毫米,激光脉冲能设为0.11—10焦耳,激光脉宽为0.1一0.4毫秒,激光重复频率可达20赫。
第二种是冲击式打孔。需要采用低阶模激光器系统,一般由振荡器和放大器组成,要求激光器具有高稳定性以保证激光模式结构不变。激光轴耍定在孔轴中心,用一连串激光脉冲打孔。孔的深度和直径取决于脉冲的能量和个数。孔直径为0.1一1.0毫米,最大深度为6毫米,激光脉冲能量为2—30焦耳,激光脉宽为0.2一l毫秒,激光重复频率为6—50赫。
第三种是打眼式搞”孔。所用的激光系统与冲击式打孔系统相同,但激光焦点沿工件上一个圆旋转,每一个孔打1—3次,因此,这种方法可以打出高质量的大孔,但是要求较参的脉冲数和较长的打孔时间。孔直径为0.4—5毫米,最大深度为10毫米,激光脉冲能量为2—5焦耳,激光脉宽为
0.2一0.5毫秒,激光重复频率为40一100赫。
切割用的激光装置与冲击式和打眼式打孔的激光装置相同。通常光学装置是固定的,而工件在计算机控制下运动。但是采用运动光学装置优点较多。在Fg割应用中,一般需要激光脉冲能量为2—10焦耳,脉宽为0.2一0.5毫秒,重复频率为20—100赫,切割宽度小于2毫米,最大切割深度为6毫米,对于1毫米厚的材料,切割速度为12毫米/秒。对2毫米厚的材料,切割速度为3毫米/秒。
除了可以切割钢和耐高温材料铂和鹤外,激光出能切割1毫米厚的铜和识。另一个重要用途是切割易碎的高温下容易分解的石思元件。