激光打标加工及打孔时,作用在材料上的能最密度始终是一个至关重要的参数。对于一套选定的光学系统来说,焦平面上的激光光斑直径的大小是由作为工作物质的激光棒和光学系统的系统参数决定的,可由物理式得出。在加光栏的情况下,激光束焦点处能虽密度的变化完全依輓于激光器输出的脉冲能量的变化,因此,通常控制孔深和孔径的变化主要通过改变脉冲能量来实现。
被加工点材料的蒸发和熔化是形成孔的两个基本要素,孔深的增加主要靠蒸发.而孔径的增加则主要靠孔壁上材料的熔化和利用剩余蒸气压力对熔融状物质的排除。当激光功率很高时,物质的蒸发将占材料去除的绝大部分,而由热传导引起的能童损失可以忽略不计,激光脉冲能貴£几乎全部用于对材料的破坏和蒸发去除。若需在材料上打出一个直径为W、孔深为A的孔所需的激光脉冲能虽,根据能量平衡原浬应为式中,某一娄为材料的单位体积破坏比能。式中孔深A和孔径d可按以下二式估算式中,£为激光能量(J);Lb为材料的汽化比能(J/cm2h为材料的熔化热比能,为激光进入材料时的发散半角。对于同一种材料的Lb和Lm都是固定的,所以孔径d和孔深h与能量£的关系为一个关系式.孔的深度和直径与脉冲能量为非线性关系,脉冲能虽和孔深、孔径的关系曲线得到证明。
这里脉冲能量的变化楚通过对泵浦灯两端输入电压的变化来实现的,而其它激光参数不变。此时,脉冲输出波形的宽度不变,只是脉冲前沿的幅度增大,即脉冲功率密度增大。因此,孔深A必然增大,孔径则随能贵的增大而增加.孔径随脉冲能歷增大而增加的原因主要是由于过高的功率密度使打孔过程产生过多的蒸气相物质,因而产生强烈的冲击波,致使高压蒸气带者熔融状物质从孔底高速向外喷射,如同产生局部微型煬诈,这一点可以通过打孔过程中功率越高、发出的微型煺炸声越大得到证实,因此,激光功率越高,即功率密度越大,产生的金属蒸气压力越大,蒔压蒸气带走的液相物质越多,孔径和孔入口处越大。当然,孔校随能的增大速度比孔深随能M的增大缓慢,而且这种增大不会是无止境的。因此,当要求激光打孔的孔深和孔径值较大时,激光脉冲能量也应较大;材料的导热性越好、熔点越高(如Al、Cu)或硬度越高,激光脉冲能量也应越大,但过大的脉冲能量会使孔的锥度和直径变大,且孔的入口处破坏较严重.
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