对构件进行激光钻孔的方法技术

一种对具有空腔(15)的构件(10)、尤其是对喷射喷嘴进行激光钻孔的方法，具有以下方法步骤：形成金属地和/或半金属地构成的流体(16)；将流体(16)注入到空腔(15)中；借助至少一个激光射束将孔(11)钻到构件(10)的限界空腔(15)的壁部(12)中，其中在形成该孔(11)之后，激光射束由形成金属地和/或半金属地构成的流体(16)吸收；以及在激光钻孔结束之后将流体(16)从空腔(15)导出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术以一种对构件、尤其是对喷射喷嘴进行激光钻孔的方法，并且还以一种用于实施这种方法的装置为出发点。
技术介绍
在对构件，尤其是对旋转对称地构造的构件、例如喷射喷嘴，进行激光加工时，存在针对激光辐射遮隔或者说保护构件面的问题，所述构件面与刚好处于加工中的构件壁部对置。为此，在现有技术中，在激光钻孔的加工阶段期间，通常将保护装置导入到待加工构件的空腔中，通过该保护装置来阻挡在钻孔过程结束时从钻孔后侧的构件壁部射出的激光射束。为此，图3示例性地以俯视图示出由金属制成的传统保护装置1的局部，尽管该传统保护装置按规定地使用在柴油喷嘴的空腔中，但是该传统保护装置1仍由于具有典型地处于皮秒范围内的激光脉冲的激光辐射而具有多个通孔2，这些通孔由从钻孔后侧射出的激光射束引起。因此，这种受损的保护装置不再具有保护功能。图4以纵剖图示例性地示出柴油喷嘴3的顶侧部分，其中在左侧，借助来自激光源的超短激光脉冲钻出一个喷射孔，而与借助激光辐射钻出的喷射孔4的后侧对置的右侧壁部由于在激光加工期间导入到空腔5中的保护装置失效而具有呈射穿形式的损伤6。因此，这种保护装置受到或多或少地明显的耗损效果，这种耗损效果限制这种保护装置的有效使用寿命。在没有及时地或者没有周期性地更换这种保护装置时，会导致生产线上的废品率提高。由DE 10 2011 079 815 A1已知一种保护装置，其用在借助激光辐射来在构件中激光加工出孔的激光加工中。在此，该保护装置沿着射束方向可定位在构件壁部中的待加工孔的射束射出侧端部之后，以针对射入的激光射束来保护构件的邻接该端部的后腔，该后腔具有与所述孔对置的构件壁部。该保护装置由复合物制成，该复合物由聚醚醚酮塑料基体与嵌入该基体中的纤维形成，其中，这些纤维这样嵌入，使得它们在其各自的纤维延
伸方向方面在所述塑料中相互交叉地以及相互横向地延伸，并且以大致均匀的厚度分布在保护装置的塑料的体积中。这些纤维实施为玻璃纤维或者碳纤维，用于使侵入到该复合物中的激光射束分开以及使所述激光射束的能量密度降低。
技术实现思路
具有权利要求1特征的方法具有的优点在于：通过使金属的或者半金属的流体从钻孔后侧经过的方式来通过该流体吸收或者阻挡在那里进入到待加工构件的空腔中的激光辐射并且使接收的辐射能量耗散。实际上没有发生在传统保护装置中出现的那种耗损效果，因为所述流体在原则上是可连续地更换的，其方式是：流体可流过待加工构件的空腔，并且，在所述过程期间保持持续地流过该空腔。因此，根据本专利技术的方法针对由于激光辐射造成的不希望的损伤来为待加工构件提供持久且可靠的保护，尤其是当使用具有直至皮秒范围的超短脉冲的高功率激光时。本专利技术的其它有利扩展方案和构型通过在从属权利要求举出的措施来得到。为了形成金属地构成的流体，可选择具有低熔点的金属。为此，特别有利地可使用镓(元素周期表主族III中的一种元素，该元素具有处于室温的熔点)并且在喷射过程之前通过熔化将镓置入到液态聚集态。根据本专利技术的方法的另一变型可在于，为了形成金属地和/或半金属地构成的流体，将纳米颗粒接收在液态载体材料中，其中，所述纳米颗粒具有处于纳米范围内或处于亚微米范围内的平均尺寸。这种纳米颗粒可由金属例如金形成或者可由半金属化合物或半导体化合物例如CdSe形成，并且以足够高的颗粒数量密度近似均匀分布地被接收在液态载体例如水和/或油中。在根据本专利技术的方法的这两个变型中，通过吸收来使照射到喷入构件空腔中的流体上的激光辐射耗散。用于实施根据本专利技术的方法的特定装置适用于直接耦合到通到构件空腔的开口上，并且使得能将储箱中的流体限定地喷入到设置用于激光加工的构件的空腔中。附图说明在下面的描述和附图中详细解释本专利技术的实施方式。附图示意性地示出：图1作为构件的柴油喷嘴的顶侧部分的纵剖图，其中，根据本专利技术，在激光钻孔的方法阶段期间，该柴油喷嘴的中心空腔充满流体，该流体使从侧面穿过柴油喷嘴壁部的激光射束耗散；及图2以与图1类似的视图示出柴油喷嘴，然而根据本专利技术地借助喷管将所述流体喷入到空腔中，该喷管具有引导流体的空心通道。具体实施方式图1示出待借助激光钻孔来加工的构件10，该构件10涉及柴油喷嘴的燃烧室侧部分。示出的是在用具有高脉冲功率的激光射束在构件10的壁部12中产生喷射孔或者说钻孔11的方法阶段期间的构件10。为了保护与壁部12对置的壁部侧13不会由于在钻孔过程结束时从喷射孔后侧14射出的激光射束而受损伤，根据本专利技术将金属地或者半金属地构成的流体16喷射到由所述壁部限界的空腔15中，并从而充满该空腔15。此后，所喷射的流体16满足针对从喷射孔后侧14射出的激光射束的保护功能，其方式是，该流体通过吸收来耗散所述激光射束的能量。为了使流体16可流过构件10，沿着该构件的纵向中轴线17构成轴向贯穿该构件顶端的通孔18，在激光加工结束之后，当流体16经由通流路径19′、19″从构件10的空腔15完全被导出时，又借助焊接封闭该通孔18，其中，通流路径19′、19″通过所述通孔18以及通过刚刚产生的钻孔11确定。替代于此，可将由激光射束贯穿的钻孔或者说喷射孔11设置为用于流体16的唯一流出路径19″。为了形成合适的金属流体16，根据本专利技术方法的第一实施方式，选择具有较低熔点的金属。有利地，例如可使用镓(元素周期表的主族III中的元素)，因为镓的液相由于其熔点为Ts＝+30℃而处于有利的温度范围内，由此该金属在室温条件下的液化是可能的。此外，在过程结束之后可能存在于构件中的镓残余物可相对简单地被去除，其方式是，使相应构件在碱性超声池中经受清洁步骤。其它具有合适地低的熔点的金属为元素周期表的同一主族中的铟和元素周期表的族IVA中的锡，铟的熔点为Ts＝+157℃，
锡的熔点为Ts＝+232℃。尽管有毒性或反射率但在原则上仍适合的是：汞，元素周期表的族IIB中的、即所谓的锌族中的元素，其熔点为Ts＝-39℃；以及铯，元素周期表的族LA中的碱金属，其熔点为Ts＝+28.5℃。提到的这些族中的其它金属具有过高的熔点(例如锌的熔点为Ts＝+419℃)，其原因是，它们的熔点处于待加工的钢构件的残余奥氏体转变的范围内，从而将这类液化金属导入到构件10的空腔15中可能会导致构件10中的不希望的结构改变。流体16在激光加工期间穿过空腔15从相应的钻孔11旁经过。在此，当激光射束从钻孔11的后侧14射出时，该激光射束照射到在那里在空腔15中在轴向上朝通孔18方向流出的流体16上并且被吸收。流过空腔15的流体16由此起到使能量耗散的作用。替代于此，可根据本专利技术方法的第二实施方式形成合适的流体16，其方式是，将以固体聚集态存在的、尺寸处于纳米范围内或处于亚微米范围内的、金属的或半金属的颗粒置入到液态载体材料中。这种颗粒涉及由金属例如金(Au)形成的纳米颗粒，或涉及由半金属化合物或者半导体化合物例如CdSe形成的纳米颗粒，其中，这些纳米颗粒能以纳米球或纳米管的形式存在并且等离子地构造，其方式是，它们与作为集体等离子振荡的激光辐射电磁场形成相互作用。在此，在激光辐射的作用下溶解在液态载体中的纳米颗粒变热。在基于单个纳米颗粒的局部加热和熔化而形成汽泡的情况下，发生纳米颗粒的加热，由此纳米颗粒在几纳米的数量级上膨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对具有空腔的构件、尤其是对喷射喷嘴进行激光钻孔的方法，该方法具有以下方法步骤：‑形成金属地和/或半金属地构成的流体(16)；‑将所述金属地和/或半金属地构成的流体(16)注入到所述空腔(15)中；‑借助至少一个激光射束将孔(11)钻到所述构件(10)的限界所述空腔(15)的壁部(12)中，其中，在构成所述孔(11)之后，所述激光射束由所述金属地和/或半金属地构成的流体(16)吸收，以及‑在所述激光钻孔结束之后将所述流体(16)从所述空腔(15)导出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.11 DE 102013218196.51.一种用于对具有空腔的构件、尤其是对喷射喷嘴进行激光钻孔的方法，该方法具有以下方法步骤：-形成金属地和/或半金属地构成的流体(16)；-将所述金属地和/或半金属地构成的流体(16)注入到所述空腔(15)中；-借助至少一个激光射束将孔(11)钻到所述构件(10)的限界所述空腔(15)的壁部(12)中，其中，在构成所述孔(11)之后，所述激光射束由所述金属地和/或半金属地构成的流体(16)吸收，以及-在所述激光钻孔结束之后将所述流体(16)从所述空腔(15)导出。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了形成所述金属地和/或半金属地构成的流体(16)，选择具有低熔点的金属。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，选择镓作为金属地构成的流体(16)，在喷入过程之前通过熔化将所述镓置入到液态聚集态中。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了形成金属地和/或半金属地构成的流体(16)，将纳米颗粒接收在液态载体材料中，其中，所述纳米颗粒具有处于纳米范围内或处于亚微米范围内的平均尺寸。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·施塔德勒，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE