不銹鋼薄板激光切孔工藝研究

【摘 要】利用連續光纖激光器，通過對0.3mm不銹鋼薄板進行激光打孔試驗，分析了激光功率、切割速度、加速度/減速度和調制頻率對孔質量的影響。實驗結果表明，要得到較好的孔效果，不能單一只考慮一個參數，需要進行綜合分析，選擇合適的參數，提高孔的質量和生產效率。

【關鍵詞】連續激光器；不銹鋼薄板；激光切孔

0 引言

激光打孔技術利用高能量密度的激光束作用在材料表面，使材料氣化，從而去除材料實現打孔[1-2]。相比于其它小孔加工方法，激光打孔更具有優越性，是激光加工的主要應用領域之一[3-4]。本文采用連續激光器對0.3mm厚度的不銹鋼進行激光切孔研究，主要分析激光功率、切割速度、加速度/減速度和調制頻率對孔徑質量的影響。

1 實驗設備

實驗用光纖激光切割機是利用光纖激光器產生一定功率和能量的連續激光，通過設置控制軟件，將連續激光調制成脈沖光，再通過光學系統垂直入射到加工工件表面，由微機控制工作臺的移動，實現各種形狀的切割，連續光纖激光切割機示意圖如圖1所示。

實驗材料為0.3mm厚的不銹鋼鋼薄板，激光器波長為1.06um，最大功率500w，聚焦鏡焦距50mm，聚焦后光斑直徑為0.05mm，切割孔直徑的大小為0.5mm。

圖1 光纖激光切割機示意圖

2 工藝試驗

2.1 激光功率對孔質量的影響

不銹鋼鋼板放置在激光器的光斑焦點位置，調制頻率1kHz，占空比50%，速度30mm/s，加速度/減速度10mm/s。圖2給出了功率對孔大小影響的試驗曲線，激光功率小于10%時激光不能將0.3mm厚的不銹鋼鋼板打孔，隨著功率的增加孔徑逐漸增大，當功率值增大到50%時，孔表面氧化變嚴重，并下孔徑出現明顯的沾渣，因此，在做小孔打孔的時候不能選擇太大的功率，此參數下30%的功率效果較好。

圖2 功率對孔大小的影響

2.2 切割速度對孔質量的影響

不銹鋼鋼板放置在激光器的光斑焦點位置，激光功率50%，調制頻率1kHz，占空比50%，加速度/減速度10mm/s。速度太低光斑重疊的太多，導致表面氧化嚴重，并且邊緣不平整，粗糙，有殘渣，如圖3（a）所示。速度增大效果變好，但不能太大，速度太大達不到鋼板氣化點，不能完整的切除小孔，速度在50 mm/s左右切割質量較好，如圖3（b）所示。

圖3 功率對孔質量影響對比圖

2.3 切割加速度/減速度對孔質量的影響

不銹鋼鋼板放置在激光器的光斑焦點位置，激光功率50%，調制頻率1kHz，占空比50%，速度30 mm/s。隨著加速度/減速度的增加，孔邊緣變的不光滑，孔反面光滑度變差，會出現明顯的殘渣；加速度/減速度達到50mm/s時，邊緣明顯看到齒狀，如圖4（b）所示。該參數下，加速度/減速度應選擇40以下較好，如圖4（a）所示。此參數下，加速度/減速度10mm/s的時候效果相對最好。

圖4 加速度/減速度對孔質量影響對比圖

2.4 調制頻率對孔質量的影響

不銹鋼鋼板放置在激光器的光斑焦點位置，激光功率50%，調制頻率1kHz，占空比50%，速度30 mm/s，加速度/減速度10mm/s。調制頻率太低，孔徑邊緣氧化比較嚴重；隨著調制頻率的增加，氧化現象得以改善，調制頻率取1-1.5之間時有氧化現象少，小孔邊緣光滑平整，反面掛渣很少；調制頻率繼續增大，氧化現象開始明顯，邊緣變粗糙。此參數下，調制頻率大概在1-1.5之間效果較好。

3 結論

利用連續型光纖激光器對0.3mm厚的不銹鋼薄板進行打孔試驗，試驗參數中，激光器功率、切割速度、加速度/減速度和調制頻率對孔的質量影響都比較大，對于這種薄板，進行切割小孔時，功率不能太大，否則小孔邊緣氧化比較嚴重，隨著功率的增大，小孔直徑也將增大；隨著速度的增大，小孔質量變好，但是速度不能太大，否則不能切透；隨著加速度/減速度的增加，孔邊緣變的不光滑，其值過大會導致孔邊緣明顯看到光斑形狀，且氧化比較嚴重。激光器的調制頻率也不能太小或太大，否則孔邊緣氧化嚴重，而且粗糙。因此，在實際工作中，應該將多個因素進行考慮。經過以上實驗總結，最后得到相對較好的參數為功率40%，調制頻率1，占空比40%，速度30mm/s，加速度和減速度20mm/s。

【參考文獻】

（上接第23頁）[1]張永康，周建忠，葉云霞.激光加工技術[M].北京：化學工業出版社，2004.

[2][日]金岡優.激光加工[M].北京：機械工業出版社，2005.

[3]胡鳳蘭，董麗君，高為國.利用激光進行微小深孔的加工[J].煤礦機械，2009，30（32）：108-109.

[4]李菁菁.碳鋼激光脈沖寬度打微孔的研究[J].長春大學學報，2011，21（12）：5-8.

[責任編輯：劉帥]