复合激光打孔最佳匹配参数的理论与实验研究

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激光打孔技术具有高速度,成本低,通用性强等优势,被广泛应用于各个领域。为了充分利用激光能量并提高打孔速度和打孔效率,本文对复合激光打孔的最佳匹配参数进行理论和实验研究。  建立复合激光打孔最佳匹配理论模型,复合激光打孔中长脉冲激光能量主要用于熔化金属材料形成熔融层;短脉冲激光产生饱和蒸汽压以液体溅射的形式去除熔融物。当熔融物的产生和去除达到平衡时,复合激光打孔达到最佳匹配状态。在最佳匹配情况下,复合激光打孔速度达到最大值,即为长脉冲激光的熔化速度。根据理论模型得出长脉冲激光和短脉冲激光的最佳匹配参数的理论值。在最佳匹配的情况下,复合激光打孔速度为长脉冲激光打孔速度的1.24-3.68倍。  实验中采用毫秒脉冲激光和纳秒脉冲激光叠加作用于5mm厚的不锈钢板。改变激光参数,得到毫秒脉冲激光单独打孔和复合激光打孔的穿孔时间。分析实验结果可知,对于参数确定的毫秒脉冲激光,在达到最佳峰值功率密度之前,复合打孔时间随着峰值功率密度增加而减小。当达到最佳峰值功率密度时,复合打孔时间达到最低值并保持不变。对于脉宽5ms,脉冲能量为4J的毫秒脉冲激光,最佳匹配的峰值功率密度为8.22×106W/cm2。在最佳匹配情况下,复合激光打孔速度为毫秒脉冲激光打孔速度的3.3倍,打孔效率为3.06倍。实验结果证明了理论模型的正确性,为实际应用中的复合激光打孔参数选择提供了依据。
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