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激光開孔厚壁不銹鋼管

激光開孔是最早達(dá)到實(shí)用化的激光加工技術(shù)，也是激光加工的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。其與機(jī)械鉆孔等傳統(tǒng)開孔工藝相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，目前激光開孔應(yīng)用在不銹鋼材料上開孔，例如厚壁不銹鋼管。近年來(lái)，隨著激光開孔設(shè)備技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得激光開孔技術(shù)的研究日益廣泛，并取得了很大進(jìn)展。

同一般光相比，激光具有高強(qiáng)度、高方向性、高單色性和高相干性的特點(diǎn)。將這種具有所謂“四高”特點(diǎn)的激光經(jīng)過透鏡聚焦，形成很小的光點(diǎn)——焦點(diǎn)。在焦點(diǎn)處的功率密度高達(dá)10^7~10^9W/cm2，在激光焦點(diǎn)處被照射材料上形成上萬(wàn)攝氏度的高溫。在這樣高的溫度下，材料被熔化或氣化升華，而脈沖固體激光器輸出的脈沖激光波形脈沖寬度只有0.3~0.5毫秒，在這期間材料的氣化物夾帶著熔化物噴濺而出，同時(shí)伴隨著爆炸和沖擊，于是在厚壁不銹鋼管上形成孔洞，即激光開孔。

激光開孔的過程是一個(gè)激光和物質(zhì)相互作用的熱物理過程，激光和工件相互作用，存在許多不同的能量轉(zhuǎn)換過程，包括反射、吸收、汽化、再輻射和熱擴(kuò)散等。

激光開孔分為復(fù)制法和輪廓迂回法。復(fù)制法包括單脈沖打孔和多脈沖打孔。加工深孔時(shí)經(jīng)常采用多脈沖打孔，用多個(gè)低能脈沖打深孔，比用單個(gè)高能脈沖更有效，多脈沖打孔可使孔的錐度小，輪廓清晰，打孔時(shí)應(yīng)通過改變脈寬來(lái)控制孔的錐度，減小等離子體屏蔽。

而且可使厚壁不銹鋼管上能量的橫向擴(kuò)散減至最小，并且有助于控制孔的大小和形狀。毫秒級(jí)的脈沖寬度可以使足夠的熱量沿著孔的軸向擴(kuò)散，而不被材料的表面吸收。但多脈沖打孔的缺點(diǎn)就是多脈沖激光打孔過程存在著多于脈沖對(duì)已形成通孔的孔壁之間的作用。因?yàn)椴牧媳淮蛲ㄒ院?，多余的脈沖繼續(xù)作用，這個(gè)階段的激光脈沖可以進(jìn)一步擴(kuò)大孔徑，但是激光脈沖大部分能量已經(jīng)可以自由通過小孔，激光對(duì)材料的作用大大減弱。

輪廓迂回法包括回轉(zhuǎn)法、套料法以及螺旋打孔。加工表面形狀有激光束和厚壁不銹鋼管相對(duì)位移的軌跡決定。在加工較大孔徑的孔時(shí)，一般采用輪廓迂回法，可以采用回轉(zhuǎn)法及套料法加工。這是由于加工較大孔徑的小孔，需要激光能量大，激光多模輸出，若工件不旋轉(zhuǎn)，脈沖打入工件，由于激光束不穩(wěn)定，強(qiáng)度分布不均勻，每次脈沖汽化情況也無(wú)規(guī)律，因此孔就不圓整。而采用回轉(zhuǎn)技術(shù)可以彌補(bǔ)這一缺陷，使光強(qiáng)在孔道中的分布比較均勻。

用激光開孔厚壁不銹鋼管，可以獲得高質(zhì)量、大深徑比的孔洞，而且任何材質(zhì)都可以開孔，另外，由于激光開孔過程與厚壁不銹鋼管不接觸，因此加工出來(lái)的不銹鋼管清潔，無(wú)污染。因?yàn)檫@種開孔是一種蒸發(fā)型的、非接觸的加工過程，它消除了常規(guī)熱絲穿孔和機(jī)械穿孔帶來(lái)的殘?jiān)?，因而十分衛(wèi)生。而且激光加工時(shí)間短，對(duì)被加工的材料氧化、變形、熱影響區(qū)均較小。