激光复合加工工艺研究

激光复合加工工艺研究——新型水射流导引激光加工07机械3班痛快也愉快

摘要

随着精密加工和超精密加工技术的不断发展，激光与其他加工技术的复合逐渐成为加工制造领域的主流技术。在激光复合加工技术中，激光与水射流复合加工技术，即水导引激光加工技术是激光加工技术发展的一个新方向。与传统激光加工技术相比较，水导引激光加工技术具有加工距离长、热影响区小、无热熔渣和加工效率高等优势，己在微电子、航空制造、机械、医学等加工领域中得到应用。

然而，现有的水导引激光加工技术采用传统聚焦透镜光学系统，不可避免地存在精密调焦、离焦发散角对祸合条件的影响以及聚焦光学系统的像差等问题。为了解决这些问题，基于轴棱锥镜产生的无衍射光束的中心光斑特性，本文首次将无衍射光束引入到水导引激光加工体系中，设计出了具有同轴监测功能的水射流导引激光加工系统的新方案。

深入研究了水射流导引激光加工系统的光学特性、水光纤的流体力学特性及藕合系统的关键技术。利用水光纤波导导引无衍射光束，改变了激光束的能量高斯分布状况，实现了激光的能量近似平顶均匀分布，有效地改善工件加工质量，同时，利用本技术有效扩大了的加工范围，实现在二维平台对工件的三维加工。此外，设计了藕合装置，有效解决了无衍射光束与水光纤波导的藕合效率及传输损耗等关键技术问题。并提出一种新的无衍射光斑中心检测算法，提高了系统的监测精度。

关键词:激光复合加工水射流工艺研究

Abstract

With the development of precision machining and ultra-precision machining technologies, laser-hybrid processing technologies have gradually become the mainstream of manufacturing field. In terms of laser-hybrid processing technology, the combined processing technology of laser and water jet, namely the water jet guided laser processing technology, is a new direction of laser processing. Compared to traditional laser processing method, water jet guided laser processing technology, with its advantages of long working distance, small heat-affect zone, non-hot slag and high work efficiency, has been used in microelectronics, aviation machinery, medicine area, etc.

However, owing to the utilization of traditional lens focus optical system in the existing water jet guided laser technology, the work of precision focusing, and the aberration of focusing optical system are unavoidable. To overcome these problems, based on the spot center characteristics of the non-diffracting beam generated by axicon, non-diffracting beam is introduced into water jet guided laser processing system for the first time, and a novel design of water jet guided laser processing system with coaxial monitoring function is proposed in this dissertation.

The optical properties, and hydrodynamics characteristics, as well as the key

coupling technologies between the non-diffracting beam and the water jet, have been

deeply analyzed and researched. Using the transforming effect on non-diffracting

beam through the water fiber, the Gaussian energy distribution of laser has been

altered to a Flat-top energy distribution. This not only can improve the processing

quality and satisfy the processing requirements, but also can enlarge the range of

process and accomplish three-dimension process on a two-dimension platform. A

coupling device is designed to solve the key technologies of coupling, such as the

coupling efficiency and transmission loss between non-diffracting beam and water

fiber. At the same time, a new algorithm for center location of non-diffracting beam

is presented to improve the monitoring precision..

Keywords: laser composite processing technology water jet

目录

中文摘要——————————————————————1

英文摘要——————————————————————1

1.课题研究的背景及意义———————————————2

2.国内外研究现状——————————————————3

2.1激光加工技术的国内外研究现状

2.2水射流加工技术的国内外研究现状

2.3水导引激光加工技术的国内外研究现状

3.水导引激光加工技术特点——————————————8

4.总结与展望————————————————————9

5.参考文献—————————————————————10

1.课题研究的背景及意义

激光以极好的单色性、相干性、方向性以及高能量密度等优点，受到各个领域高度的关注。从1960年世界上第一台红宝石激光器诞生以来，以激光器为基

础的激光技术得到了迅速的发展。激光技术的发展使古老的光学焕发了勃勃生

机，更重要的是开拓了很多的新兴学科和交叉学科，从而推动了大批行业发生了

革命性的变化。目前，各种激光系统、设备仪器正在进入或己经进入各工业领域，如电子、轻工、包装、医疗器械、汽车、机械制造、钢铁、冶金、石油等，为传

统工业的技术改造和制造业的现代化提供了先进的技术装备

激光加工技术是激光技术的一个重要分支，具有非接触、无污染、低噪声、节省材料等特点。在科技发展的今天，激光加工技术还具有信息时代的特点，便

于智能控制的实现，加工技术高度柔性化和模块化的实现，以及各种先进加工技

术集成的实现。由于其不可替代的优势，激光加工目前已广泛应用于材料加工

的各个领域，成为21世纪先进制造技术中不可缺少的一部分。

普通激光加工不可避免地存在自身的缺点，如在焊接时激光的能量转换和利用率低，容易造成焊接区域的气孔疏松、产生裂纹;加工时激光易造成热影响区

偏大，加工质量达不到要求，特别是对高反射、高热导率材料的加工。为了解决

普通激光加工的这些问题，出现了一些将激光与其他加工方式复合的加工方法，

如:激光与水射流复合切割技术、激光复合焊接技术、激光与电火花复合加工技术等。