喷射液束电解辅助激光加工的基础研究

论文摘要

激光加工是将激光束照射到加工物体的表面,产生光辐射加热作用从而去除或熔化材料以及改变物体表面性能,达到加工目的。由于激光加工不需要加工工具、加工速度快、表面变形小,因此被广泛应用于打孔、切割、焊接和热处理等领域。但是由于激光加工是一种热物理加工模式,在打孔或者切割过程中会产生再铸层、微裂纹和热影响区等缺陷,大大限制了激光在使用性能和可靠性能要求高的领域内的应用。电液束加工主要是以金属电化学阳极溶解为机理的一种加工导电材料的工艺方法,该工艺可以加工表面质量要求高、无再铸层的深小孔,被广泛应用在航空航天等对可靠性要求高的行业。喷射液束电解辅助激光加工的基础研究是借鉴水射流引导激光加工和电液束加工而提出的一项新的加工技术探索,其特点是发挥激光加工的高性能,同时借助喷射液束电解作用“在线”消除再铸层、残余应力、微裂纹,从而打破这一长期影响激光加工技术发展和扩大应用的瓶颈。本文针对这一创新型复合加工进行了以下研究:1)介绍了喷射液束电解辅助激光加工机理,研究了在复合加工中拟采用的不同参数的电解液对激光传输时能量损失的影响,设计和制作了喷射液束电解辅助激光加工基础研究的试验装置。2)以工程中广泛使用的不锈钢作为试验材料,进行了喷射液束电解辅助激光加工的可行性工艺试验研究。研究不同的激光单脉冲能量、不同的电解电压、不同的加工时间等工艺参数对不锈钢板加工后表面再铸层的影响,并与激光空气中打孔、静态水下激光打孔相比较,验证了喷射液束电解辅助激光加工在改善激光加工的表面缺陷上的可行性,可望解决激光加工后存在的再铸层问题,并依靠高压液束的冲刷和冷却作用解决熔渣和热影响区问题。通过以上研究表明,喷射液束电解辅助激光加工为传统的去除激光加工产生的再铸层方法提出了新的思路,有望解决激光加工中存在的再铸层、微裂纹、热影响区等问题,从而更加拓宽激光加工的应用领域。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 去除再铸层的国内外研究现状
• 1.3 课题来源与计划研究的内容
• 第二章 喷射液束电解辅助激光加工机理研究
• 2.1 激光加工机理
• 2.1.1 激光加工技术简介
• 2.1.2 激光打孔过程
• 2.1.3 激光加工技术特点
• 2.2 电液束加工机理
• 2.2.1 电液束加工技术简介
• 2.2.2 电液束加工过程
• 2.2.3 电液束加工技术特点
• 2.3 喷射液束电解辅助激光加工机理探索
• 2.4 本章小结
• 第三章 激光透射电解液时的能量损失
• 3.1 光吸收和散射理论
• 3.1.1 水对激光的吸收理论
• 3.1.2 微粒光散射理论
• 3.2 试验条件及过程
• 3.3 激光在电解液中传输时的能量损失
• 3.3.1 绿色激光在电解液中传输时的能量损失
• 3.3.1.1 浓度及杂质对激光能量损失的影响
• 3.3.1.2 温度对激光能量损失的影响
• 3.3.2 红外激光在电解液中传输时的能量损失
• 3.3.2.1 浓度及杂质对激光能量损失的影响
• 3.3.2.2 温度对激光能量损失的影响
• 3.3.3 试验结论
• 3.4 本章小结
• 第四章 喷射液束电解辅助激光加工试验系统设计
• 4.1 喷射液束电解辅助激光加工试验系统总体设计
• 4.2 喷射装置设计
• 4.2.1 整体喷射装置设计
• 4.2.2 喷嘴设计
• 4.3 夹具设计
• 4.4 防护装置设计
• 4.5 电解液循环系统设计
• 4.6 直流电源和激光器的选择
• 4.7 整体试验装置
• 4.8 本章小结
• 第五章 喷射液束电解辅助激光加工可行性试验研究及结果分析
• 5.1 试验方案
• 5.2 电解加工参数选择
• 5.2.1 电解加工间隙及喷嘴选择
• 5.2.1.1 加工间隙及喷嘴对喷射液束电解作用的影响
• 5.2.1.2 液束压力对液束最大工作长度的影响
• 5.2.2 电解电压的选择
• 5.3 试验结果及分析
• 5.3.1 空气中激光打孔
• 5.3.2 水下薄板激光打孔
• 5.3.3 喷射液束电解辅助激光打孔
• 5.4 试验总结
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间取得研究成果及发表的学术论文