脉冲穿孔

以下主要讨论使用高峰值功率(可达到20kW)的脉冲Nd:YAG激光器分别在直接光束传输和光纤传输系统中的脉冲穿孔应用。我们选择在镍基合金上用不同的激光和参数进行打孔，从而研究它的重铸层、锥度、氧化层裂缝以及加工时间等参数的范围。

1.钻孔测试

（1）激光器

表2 JK704 的激光参数

试验选用JK704激光器做直接传输光束钻孔。这种激光器可提供很高的峰值功率（见表2）和很好的脉冲稳定性，非常适合加工小径孔（0.25～0.90mm）。激光器的高斯光束质量（见图3）和增强的控制和脉冲整形特性为加工包括具有隔热涂层材料在内的航天材料时提供了更大的灵活性。

图3 JK704 的光束质量

表3 JK 300D 参数表

图4 JK300D #p#分页标题#e#激光器的Top hat 光束特性

此光纤传输钻孔测试将用GSI 最新的高峰值功率脉冲激光器JK300D来完成（参数见表3）。这种激光器有很高的峰值功率和Top hat特性（见图4），适合航空合金材料脉冲穿孔。激光器发出的光束在10m×300μm直径的光纤中传输，通过160mm的右角度准直系统和光学聚焦镜输出。

（2）穿孔测试

我们用两种激光系统分别采用各种激光和工作参数来进行钻孔测试（见表4）。并通过这些参数来比较两种激光系统分别在航空镍基合金上钻孔的表现。

4 穿孔测试参数

（3）结果与讨论

由于零件的设计者首先考虑的是充分的气流量通过冷却孔来达到合适的冷却作用，而气流大小主要由零件表面的孔的大小和形状来决定，所以要严格控制孔的尺寸、圆度和锥度。还有其他的一些因素要考虑，因为孔和孔之间位置相对来说比较接近，所以任何孔的尺寸的偏差都有可能影响到该区域上的其他孔，从而导致零件的局部偏差。除了重铸层和热机影响区外，锥度过大和表面凸槽是不允许的。

图5 #p#分页标题#e#不同脉冲宽度时的钻孔时间 (与表面成20角，JK300D，O2 辅助)

图6 不同脉冲宽度时的钻孔时间 (与表面成10角，300μm光斑，O2 辅助)

图7 不同脉冲宽度时的钻孔时间 (与表面成20角，JK704LD1，O2 辅助)