[发明专利]一种基于激光能量调控的空腔结构零件打孔背壁防护方法

摘要

本发明公开了一种基于激光能量调控的空腔结构零件打孔背壁防护方法，确定了空腔结构零件背壁材料不发生烧蚀的极限单脉冲能量，通过控制激光打孔过程中激光的单脉冲能量，确保照射到背壁材料的激光能量密度低于材料的烧蚀阈值，实现空腔结构零件激光打孔过程中的背壁防护。整个加工过程无需添加任何保护材料，且工序简单，能够避免材料的浪费，降低生产成本，具有良好的应用前景。

主权项

1.一种基于激光能量调控的空腔结构零件打孔背壁防护方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1)根据加工零件的材料属性和打孔要求以及实际加工经验确定加工过程中所使用的激光能量参数，包括激光波长λ、脉冲宽度τ和激光焦点半径ω₀；/n步骤2)通过查阅文献和现有的烧蚀阈值测量法获取拟打孔材料在所选取的激光参数下的单脉冲烧蚀阈值/n步骤3)利用测量工具量取空腔结构零件前后表面之间的距离h；所述测量工具包括刻度尺和游标卡尺；/n步骤4)根据基模高斯光束在自由空间传输时的传输公式,令z＝h,代入可求得照射在背壁材料表面的光斑半径ω(h)；所述公式为：/n /n所述ω(z)为激光光斑半径，ω₀为激光焦点半径，λ为激光波长，z为传输距离；/n步骤5)根据材料表面不发生烧蚀时峰值能量密度不超过材料单脉冲烧蚀阈值的1/10，计算再根据峰值能量密度计算公式，计算恰好发生背壁损伤的单脉冲能量极限E_pm；所述峰值能量密度计算公式为：/n /n步骤6)打孔开始前，采用孔穿透检测方法，在空腔中放置光纤和探测器，用于检测孔是否被打通；/n步骤7)打孔开始时，采取单脉冲能量E₀对零件进行激光螺旋打孔；/n所述的单脉冲能量E₀由加工人员根据实际情况进行合理选择；当探测器指示灯亮起时，表示孔已被打通，此时将激光器的单脉冲能量调至单脉冲能量极限E_pm并移除光纤和探测器；/n步骤8)保持单脉冲能量E_pm和其余加工参数不变，继续进行加工，直至孔加工完成。/n