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不锈钢（AISI 316）Nd:YAG激光打孔质量特性的实验研究

DOI：10.1016/j.matpr.2018.02.120 期刊：Materials Today: Proceedings 出版年份：2018 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 对不锈钢、钛合金、镍合金和陶瓷等先进工程材料进行微加工具有挑战性，因其具有高比强度、韧性、细长比和低导热性等特点。AISI 316级不锈钢凭借低导热性、高耐腐蚀性和高比强度等优良特性，在医疗、汽车、航空及航天工业中应用广泛。但由于加工时会产生过多热量、微观结构变化及刀具破损等问题，高长径比AISI 316的微加工难度较大。 激光束加工(LBM)是适宜的替代工艺，因其能将热源局部化以控制微观结构变化。但激光钻孔时产生的飞溅区域和热影响区(HAZ)会降低孔质量。本研究通过实验探究脉冲宽度、激光能量、脉冲频率和冲洗压力等工艺参数对钻孔过程中飞溅沉积量和HAZ的影响。为减少试验次数并获取最大信息量，采用田口L27正交表进行试验设计，并通过方差分析(ANOVA)确定影响性能指标的关键激光参数。 研究表明：脉冲宽度是形成飞溅和HAZ的最关键参数。飞溅面积随脉冲频率增加先增大后减小（各脉冲宽度水平下均如此）——脉冲频率升高导致激光功率增大，使材料热输入增加，造成激光钻孔内蒸汽压力上升、材料喷溅增多及飞溅区域扩大；但高脉冲频率产生的激光支持吸收(LSA)波会形成等离子体屏障阻挡激光能量到达材料表面，从而减少材料喷溅和飞溅区域。同时发现HAZ随脉冲宽度和频率增加而增大，这归因于激光平均功率与脉冲参数成正比：脉冲宽度值越大，激光热能越高，HAZ也越大。
作者： Suman Chatterjee，Siba Sankar Mahapatra，Anshuman Kumar Sahu，Vijay K Bhardwaj，Ambar Choubey，Brahma N Upadhyay，Kushvinder S. Bindra
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过实验研究脉冲宽度、激光能量、脉冲频率和冲洗压力等激光工艺参数对钻孔过程中飞溅沉积和热影响区（HAZ）等性能指标的影响。

研究成果

激光能量和脉冲宽度是影响飞溅面积的最关键因素。同样，激光能量和脉冲重复频率对热影响区有显著影响。研究还表明，飞溅面积和热影响区会随着激光脉冲能量及脉冲宽度的增加而增大。通过精确控制激光工艺参数可以调控这些性能指标。在低激光能量和脉冲宽度条件下，并配合较高的气体压力值，可获得最小的飞溅面积和热影响区。

研究不足

本研究仅限于使用Nd:YAG激光对不锈钢(AISI 316)进行钻孔操作时，激光工艺参数对飞溅沉积和热影响区(HAZ)的影响。该研究未涵盖其他材料或加工工艺。

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