16、激光加工技术在金属材料处理中的应用与研究

激光加工技术在金属材料处理中的应用与研究

在金属材料加工领域，激光技术凭借其高效、精确的特点，在钻孔、切割和焊接等方面发挥着重要作用。本文将详细介绍激光加工技术在不同金属材料处理中的应用，以及相关的实验研究和参数优化。

激光加工技术的应用

• 激光钻孔 ：在对镍基高温合金进行钻孔时，采用先进的Laserdyne系统控制，能够有效减少重铸层的厚度。例如，对于2.54mm厚的涂层镍基高温合金，钻取直径为0.56mm的孔，峰值功率小于5kW，平均重铸层仅为30µm。而传统脉冲激光参数下，重铸层厚度在100 - 254µm之间，且随着孔深和钻孔角度的增加而增大。
• 激光切割 ：切割镍基合金时，主要要求是获得无氧化物、无熔渣和无微裂纹的切割边缘。由于氧气辅助切割会在表面留下氧化层，因此采用无氧氮气作为辅助气体。激光切割不仅需要高光束质量和高平均功率的激光，还需要深入了解小光斑直径产生的窄切缝内的熔体流动条件，以优化高亮度光纤激光的气体射流与熔体的相互作用。切割操作始于穿孔过程，这对整体切割质量起着关键作用。通过Laserdyne系统的先进软件和切割参数的组合，可以在切割前产生非常干净、无飞溅的穿孔，延长切割喷嘴和聚焦光学元件的使用寿命。例如，在切割5mm厚的Inconel基合金用于陆基涡轮定子环时，能够实现窄轮廓槽的精确切割，对槽的尺寸进行精确控制。
• 激光焊接 ：焊接航空发动机材料（镍和钛基合金）时，主要要求包括清洁的上下焊缝、无气孔或裂纹、无上下焊缝咬边以及正确的焊缝形状几何。柔性激光系统能够进行2D和3D自熔焊接以及填充材料焊接。焊接试验