进行激光打孔的工艺参数分析

1.激光能量

激光打孔过程中，激光束的能量对孔的直径和深度均有影响。根据激光与材料相互作用的研究分析，激光打孔的孔径和孔深与激光能量等参数的关系式为

式中 E——用于打孔的激光脉冲总能量；

L_v——材料的汽化潜热；

L_m——材料的熔化潜热；

φ——激光束进入材料表面的发散半角。

由上式可以看出，在满足到达工件表面的激光功率密度的情况下，增加激光束的能量，不仅使孔深增加，而巨孔的直径也随之变大。激光能量的增加可以通过采用多脉冲打孔的方式获得。图3-15为用红宝石激光在宝石上打孔时孔深与脉冲个数的关系曲线。如果要打一个深径比很大的孔，多脉冲打孔比单脉冲打孔的效果要好得多。

2.激光光斑大小

在激光能量一定时，激光光斑大小决定被加工工件上的功率密度，从而影响打孔的孔径和深度。激光波长越短，可获得的激光光斑越小，可以打出的孔越小。因此，波长为1.06μm的Nd-YAG激光器可比波长为10.6μm的CO₂激光器打出孔径更小的孔。如果要打孔径还要小的微孔，需采用波长更短的激光器，如准分子激光器或三倍频、四倍频的Nd-YAG激光器等。

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图3-15 用红宝石激光在宝石上打孔时孔深与脉冲个数的关系曲线

激光器的模式的变化可影响聚焦后的光斑大小，从而影响打孔的孔径。一般情况下，激光的模式与激光器的种类有关，并随着激光器输出功率的改变而改变。

3.激光脉冲宽度

当脉冲能量一定时，脉冲宽度对孔的质量影响较大。若脉宽太窄，材料来不及被破坏去除，就打不出孔来；若脉宽太长，则激光功率密度降低，热传导损失所占的比例增大，造成实际用于打孔的激光能量减小，于是，材料汽化部分大大减小，熔化部分显著增加，在激光脉冲结束后，熔化部分又重新凝固，形成再铸造层，结果孔径、孔深都大大减小，孔壁粗糙度增加，严重时还会将孔堵塞。在激光打孔时，为了避免出现以上两种情况，需要根据不同工件的材料性能，选择合适的脉冲宽度。对于大部分金属材料，脉宽选取在0.2～1ms左右。

4.聚焦透镜的焦距

减小聚焦透镜的焦距也可得到较小的光斑半径。但是，当透镜焦距小到一定值后，透镜像差造成的影响不可忽略。当聚焦透镜的相对孔径小1：3时。除非采用精心设计的消像差透镜，否则聚焦光斑不会变小。另外，如果透镜焦距很短，会使透镜离工件很近，很容易被打孔过程中的溅出物污染。这时必须要增加保护措施，如采用吹气系统或在透镜和工件之间增加一个容易替换的透明玻璃片等。

5.材料特性参数

1）工件表面的状态。工件表面的状态，影响工件对光的吸收率。表面越光滑，粗糙度越小，对光的反射率越大，激光打孔就越困难。所以，对于表面光滑的加工面，事先应进行黑化处理，以减小加工面的反射率。

2）材料特性参数。材料的物理特性，如导热性、熔点、沸点、比热容、汽化熔化潜热等性能都对激光打孔有较大的影响。研究表明，熔点高、导热性差的陶瓷、宝石、石英玻璃等非金属材料，激光打孔的精度和重复性都很好；而金属材料的导热性较好，打孔加工较为困难。在某些金属上打孔时，由于汽化过程中难以将熔融材料全部清除，孔壁往往留有液相的再铸造层，造成孔的横截面不规则。在用激光对各种不锈钢、中高碳钢、镍基耐热合金等打孔时，孔壁粗糙度低，孔的规则性也很好，因而这些材料适于用激光打孔。