[发明专利]一种水导引激光加工工件的方法、系统及其设备

说明书

本发明提供了一种水导引激光加工工件的方法、系统及其设备，所述水导引激光加工工件的方法包括：输出激光束；将激光束引导进水流中，形成水射流导引激光束；将所述水射流导引激光束外部包裹气流，形成具有气流保护层的水射流导引激光束；对工件照射具有气流保护层的水射流导引激光束进行激光加工。本发明的有益效果：能够延长在激光加工中水射流导引激光束的稳定工作长度，抑制激光加工过程中产生的热效应的累积，以及防止加工工件中熔渣的堆积和加工区域的水层的淤积。

技术领域

本发明涉及激光复合加工技术领域，具体而言，涉及一种水导引激光加工工件的方法、系统及其设备。

背景技术

目前激光加工已经广泛应用到常规的工业加工以及微细加工领域中。常用的有连续激光加工、长/短脉冲激光加工(脉宽大于1ms为长脉冲，脉宽在1ns和1ms范围内为短脉冲)和超短脉冲(脉宽在ps和fs量级)激光加工。连续激光加工、长/短脉冲激光加工的设备成本较低，加工效率很高，但是由于显著的热效应，加工区域会不可避免的存在热影响区和再铸层，极大的降低了加工质量，影响被加工区域的后续应用。

相关技术中，通过将短脉冲激光束导引至水流中，形成水射流导引激光束，以此抑制在激光加工过程中产生的热效应的累积，但是却无法保证水射流导引激光束的工作长度，以及处理在加工时，加工区域的水层的淤积。

发明内容

本发明解决的问题是如何能够延长在激光加工中水射流激光束的稳定工作长度，抑制激光加工过程中产生的热效应的累积，以及防止加工工件中熔渣的堆积和加工区域的水层的淤积。

为解决上述问题，本发明提供一种包括以下步骤：

输出激光束；

将激光束引导进水流中，形成水射流导引激光束；

将所述水射流导引激光束外部包裹气流，形成具有气流保护层的水射流导引激光束；

对工件照射具有气流保护层的水射流导引激光束进行激光加工。

通过在水射流导引激光束形成后，为水射流导引激光束外部均匀包裹一层气流保护层，以此能够抑制水射流导引激光束对空气的卷吸，从而能够有效地延长了水射流导引激光束的稳定工作长度，使得更有利于工件的加工，使得加工效果更好，同时气流保护层可以吹散加工区域淤积的水层，进一步冲刷和冷却加工区域，抑制加工过程中热影响区和再铸层的形成，提高工件的加工质量。

可选地，所述输出激光束具体包括以下步骤：

输出空间截面能量分布为高斯分布的激光束；

对所述高斯分布的激光束进行扩束；

将扩束后的激光束聚焦，并进行光路在空间上的柔性转换；

将光路转换后的空间散射激光束转变为空间平行激光束；

将空间截面能量分布为高斯分布的空间平行激光束转变为贝塞尔分布的激光束；

将贝塞尔分布的激光束聚焦后输出。

通过将激光束的直径扩大，能够使得在后续的激光束传导过程中，能够将激光束聚焦，并使聚焦后的光斑直径更小，以降低激光在通过光纤进行远距离柔性传输时，短脉冲激光束与光纤的耦合难度，以此便于短脉冲激光束的传导，有利于工件的加工，同时，将空间截面能量分布为高斯分布的空间平行激光束转变为贝塞尔分布的激光束，并聚焦后输出，以此利用贝塞尔分布的激光束进行加工，更有利于加工工件，使得加工的精确度更高。

可选地，所述的水导引激光加工工件的方法，还包括，获取水流与激光束的同轴情况，在水流的轴线与激光束的轴线偏离的情况下，使水流的轴线与激光束的轴线相对移动，直至水流与激光束的同轴，以此在激光加工过程中，通过水流与激光束同轴，能够更好的保证加工过程中的加工精确性。