一种复合激光高效加工非均质材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种复合激光高效加工非均质材料的方法，采用具有光热与光化学作用的多波长激光，通过采用特定参数的激光辐照，结合光谱参数的实时监测与激光参数调控，实现非均质材料的高速加工。解决激光加工非均质材料易破坏低阈值相或是部分、难以实现对各相或是各部分针对特定加工的优化参数匹配、加工效果难以实时调控、加工过程难以高速进行的问题。以实时调控、加工过程难以高速进行的问题。以实时调控、加工过程难以高速进行的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种复合激光高效加工非均质材料的方法


[0001]本专利技术涉及激光加工
，特别涉及一种复合激光高效加工非均质材料的方法。

技术介绍

[0002]激光加工技术是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点附近可以达到很高的能量密度，靠光热或光化学效应实现对材料的加工，由于不需要接触材料、表面变形小、适用材料种类多，成为重要的先进材料加工方法。
[0003]根据激光束与材料相互作用的机理，大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。激光热加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，光化学反应加工是指激光束照射到物体，借助高密度激光高能引发或控制光化学反应的加工过程。由于激光激发原理对激光器的限制，目前大部分基于热效应的激光辐照速度快、但是造成的热影响区大，无法保留材料原有微纳结构；基于光化学的激光需要采用短波长或是短脉冲方式，精度高、热效应小, 但是辐照效率低。同时，无论是哪种作用方式，激光在加工非均质材料方面均具有很大的限制，非均质材料各相或是各区域对激光的吸收率等响应有差异，严重影响激光加工的质量一致性；另外，非均质材料的熔沸点及其他物化性质有差异，造成在相同能量密度辐照条件下各相或是各部分的物化状态存在不同，大部分非均质材料加工时难以同时满足所有相或是部分的加工阈值而不引起其他变化。
[0004]因此，激光加工非均质材料目前存在如下问题：(1)很难保证高加工效率； (2)很容易影响非均质材料中阈值较低的部分，引起过渡烧蚀或是破坏原本的特殊微纳结构；(3)加工所用的参数范围是为了基本匹配各相或是各部分参数的综合结果，而不是各相或是各部分实现特定加工的最优参数范围，整体加工质量欠佳；(4)加工效果也无法实现实时调控。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种复合激光高效加工非均质材料的方法，采用具有光热与光化学作用的多波长激光，通过采用特定参数的激光辐照，结合光谱参数的实时监测与激光参数调控，实现非均质材料的高速加工。解决激光加工非均质材料易破坏低阈值相或是部分、难以实现对各相或是各部分针对特定加工的优化参数匹配、加工效果难以实时调控、加工过程难以高速进行的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案:
[0007]一种复合激光高效加工非均质材料的方法，具体步骤如下：
[0008](1)确定拟加工的非均质材料中含量最多的相P
M
、激光作用阈值最高的相 P
FM
和激光作用阈值最低的相P
Fm
；
[0009](2)根据含量最多的相P
M
、激光作用阈值最高的相P
FM
和激光作用阈值最低的相P
Fm
对紫外光
‑
红外光的吸收率，选择具有相对最高吸收率的紫外光波长L1 和相对最高吸收率
的红外光波长L2；
[0010](3)测定含量最多的相P
M
分别对应紫外光波长L1、红外光波长L2在不同辐照密度，如含量最多的相P
M
的损伤阈值F
th
(P
M
)、1.5*F
th
(P
M
)、2*F
th
(P
M
) 等下的辐照作用深度D
M
、辐照作用宽度B
M
、辐照作用影响区宽度E
M
，直到达到某个倍数a时，采用损伤阈值(a+0.5)*F
th
(P
M
)作用时辐照作用深度D
M
、辐照作用宽度B
M
、辐照作用影响区宽度E
M
已不满足加工需求，得到紫外光波长L1、红外光波长L2加工非均质材料含量最多的相P
M
分别对应的最高激光辐照密度 a1*F
th
(P
M
，L1)、a2*F
th
(P
M
，L2)；
[0011](4)确定激光作用阈值最高的相P
FM
对应紫外光波长L1、红外光波长L2在不同辐照密度，如激光作用阈值最高的相P
FM
的损伤阈值F
th
(P
FM
)、1.5*F
th
(P
FM
)、 2*F
th
(P
FM
)等等下的辐照作用深度D
FM
、辐照作用宽度B
FM
、辐照作用影响区宽度E
FM
，直到达到某个倍数b时，采用损伤阈值(b+0.5)*F
th
(P
FM
)作用时辐照作用深度D
FM
、辐照作用宽度B
FM
、辐照作用影响区宽度E
FM
已不满足加工需求，得到紫外光波长L1、红外光波长L2加工非均质材料激光作用阈值最高的相P
FM
分别对应的最高激光辐照密度b1*F
th
(P
FM
，L1)，b2*F
th
(P
FM
，L2)；
[0012](5)确定激光作用阈值最低的相P
Fm
对应紫外光波长L1、红外光波长L2在不同辐照密度，如激光作用阈值最低的相P
Fm
的损伤阈值F
th
(P
Fm
)、1.5*F
th
(P
Fm
)、 2*F
th
(P
Fm
)等等下的辐照作用深度D
Fm
、辐照作用宽度B
Fm
、辐照作用影响区宽度E
Fm
，直到达到某个倍数c时，采用损伤阈值(c+0.5)*F
th
作用时辐照作用深度D
Fm
、辐照作用宽度B
Fm
、辐照作用影响区宽度E
Fm
已不满足加工需求，得到紫外光波长L1、红外光波长L2加工非均质材料激光作用阈值最低的相P
Fm
分别对应的最高激光辐照密度c1*F
th
(P
Fm
，L1)、c2*F
th
(P
Fm
，L2)；
[0013](6)当拟加工的非均质材料中含量最多的相P
M
为激光作用阈值最低的相P
Fm
时，直接使用红外光波长L2的激光，采用c2*F
th
(P
Fm
，L2)激光辐照密度对拟加工的非均质材料进行加工，实现对加工区域内的激光作用阈值最低的相P
Fm
的加工，并采用光谱设备实时监测其激光诱导光谱的峰位与峰值，进入步骤(7)；当拟加工的非均质材料中的含量最多的相P
M
不是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合激光高效加工非均质材料的方法，其特征在于：具体步骤如下：(1)确定拟加工的非均质材料中含量最多的相P
M
、激光作用阈值最高的相P
FM
和激光作用阈值最低的相P
Fm
；(2)根据含量最多的相P
M
、激光作用阈值最高的相P
FM
和激光作用阈值最低的相P
Fm
对紫外光
‑
红外光的吸收率，选择具有相对最高吸收率的紫外光波长L1和相对最高吸收率的红外光波长L2；(3)测定含量最多的相P
M
分别对应紫外光波长L1、红外光波长L2在不同辐照密度下的辐照作用深度D
M
、辐照作用宽度B
M
、辐照作用影响区宽度E
M
，直到达到某个倍数a时，采用损伤阈值(a+0.5)*F
th
(P
M
)作用时辐照作用深度D
M
、辐照作用宽度B
M
、辐照作用影响区宽度E
M
已不满足加工需求，得到紫外光波长L1、红外光波长L2加工非均质材料含量最多的相P
M
分别对应的最高激光辐照密度a1*F
th
(P
M
，L1)、a2*F
th
(P
M
，L2)；(4)确定激光作用阈值最高的相P
FM
对应紫外光波长L1、红外光波长L2在不同辐照密度下的辐照作用深度D
FM
、辐照作用宽度B
FM
、辐照作用影响区宽度E
FM
，直到达到某个倍数b时，采用损伤阈值(b+0.5)*F
th
(P
FM
)作用时辐照作用深度D
FM
、辐照作用宽度B
FM
、辐照作用影响区宽度E
FM
已不满足加工需求，得到紫外光波长L1、红外光波长L2加工非均质材料激光作用阈值最高的相P
FM
分别对应的最高激光辐照密度b1*F
th
(P
FM
，L1)，b2*F
th
(P
FM
，L2)；(5)确定激光作用阈值最低的相P
Fm
对应紫外光波长L1、红外光波长L2在不同辐照密度下的辐照作用深度D
Fm
、辐照作用宽度B
Fm
、辐照作用影响区宽度E
Fm
，直到达到某个倍数c时，采用损伤阈值(c+0.5)*F
th
作用时辐照作用深度D
Fm
、辐照作用宽度B
Fm
、辐照作用影响区宽度E
Fm
已不满足加工需求，得到紫外光波长L1、红外光波长L2加工非均质材料激光作用阈值最低的相P
Fm
分别对应的最高激光辐照密度c1*F
th
(P
Fm
，L1)、c2*F
th
(P
Fm
，L2)；(6)当拟加工的非均质材料中含量最多的相P
M
为激光作用阈值最低的相P
Fm
时，直接使用红外光波长L2的激光，采用c2*F
th
(P
Fm
，L2)激光辐照密度对拟加工的非均质材料进行加工，实现对加工区域内的激光作用阈值最低的相P
Fm
的加工，并采用光谱设备实时监测其激光诱导光谱的峰位与峰值，进入步骤(7)；当拟加工的非均质材料中的含量最多的相P
M
不是激光作用阈值最低的相P
Fm
时，进入步骤(11)；(7)当监测的激光诱导光谱的峰位变化，或峰值降低10％及以上，记录该变化对应的位置；采用红外光波长L2、激光辐照密度c2*F
th
(P
Fm
，L2)参数的激光对非均质材料进行辐照，直到所有需加工的表面均已实现加工；(8)对记录的位置进行计算，计算记录位置的平均宽度K，查找对应的紫外光波长L1作用下的激光辐照密度x*F
th
(P
FM
，L1)，在该激光辐照密度作用下的辐照作用宽度D
M
与辐照作用影响区宽度E
M
的和接近且不高于平均宽度K时，对记录位置尺寸大于K的区域进行加工，并采用光谱设备实时监测其激光诱导光谱的峰位与峰值；(9)当监测的激光诱导光谱的峰位变化，或峰值变化10％及以上，记录该变化对应的位置；采用紫外光波长L1、激光辐照密度x*F
th
(P
FM
，L1)参数的激光对非均质材料进行辐照，直到所有记录的表面均已实现加工；(10)采用紫外光波长L1、激光辐照密度F
th
(P
FM
，L1)，用光阑将光斑设置成最小状态，实现对记录位置的最小光斑扫描加工，直到不再出现激光诱导光谱峰值的变化；(11)当拟加工的非均质材料中含量最多的相P
M
为激光作用阈值最高的相P
FM
时，对比
c2*F
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭馨，朱星宏，陈康杰，沈立炜，张航，申胜平，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：