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玻璃激光切割过程中裂纹扩展与应力分析的实时观测

DOI：10.2351/1.5097733 期刊：Journal of Laser Applications 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 采用连续波激光切割玻璃因其加工速度快且微裂纹产生极少而备受关注。在玻璃激光切割过程中，热应力会导致裂纹形成并使玻璃板开裂。本研究实时观测了玻璃激光切割时的裂纹扩展过程，发现裂纹尖端与激光照射位置之间的距离为150微米。此外，我们探究了该距离对应力分布及裂纹扩展所需应力条件的影响。结果表明：随着裂纹尖端与激光照射位置间距增大，裂纹尖端的最大主应力随之升高。当裂纹尖端最大拉应力达到99兆帕时即发生裂纹扩展。这些发现有望实现对玻璃激光切割过程中裂纹扩展的控制，并推算出适宜的加工参数。
作者： Kensho Ogata，Keisuke Nagato，Takuma Fujiwara，Takahiro Nagata，Yasunori Ito，Masayuki Nakao，Yusuke Ito，Hiro Nakano，Tetsuya Hamaguchi，Isao Saito
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究玻璃激光切割过程中的裂纹扩展与应力分析，以控制裂纹扩展并估算合适的加工条件。

研究成果

裂纹以稳定速度在距激光照射位置150微米处扩展。玻璃温度在裂纹尖端前方40微米处达到最大值（557°C）。随着裂纹尖端与激光照射点距离的增加，裂纹尖端的最大主应力逐渐增大。当裂纹尖端最大拉应力达到99兆帕时，裂纹开始扩展。这些发现有望实现对玻璃激光切割过程中裂纹的控制，并推算出合适的加工条件。

研究不足

该研究聚焦于钠钙玻璃及特定激光装置。研究结果可能无法直接适用于其他类型玻璃或激光配置。模拟模型假设玻璃具有均匀的吸收系数，且未考虑表面微观裂纹的影响。

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