水导激光加工关键技术研究.pdf

ADissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering Study on the Key Technology of Water-jet guided laser machining Candidate :Lin Guangsen Major :Optical Engineering Supervisor :Prof. Zhu Xiao Huazhong University of Science & Technology Wuhan430074, P. R. China January, 2014 万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名: 日期: 年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索, 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□, 在年解密后适用本授权书。不保密□。(请在以上方框内打“√”) 学位论文作者签名: 指导教师签名: 日期: 年月日日期: 年月日本论文属于万方数据华中科技大学硕士学位论文 I 摘要传统的激光加工技术由于在加工过程中产生大量的熔渣,同时因烧蚀工件产生热影响区和微裂变,限制了激光加工应用的领域。水导激光加工技术是一种复合加工技术,激光被水光纤引导至工件加工位置,水射流的冷却和冲刷作用使加工部件热影响区很小、极大的减小了重铸层,克服了传统激光加工的缺陷,拓宽了激光加工的应用领域。本论文主要围绕水导激光加工的关键技术进行了研究,包含水光纤的形成机理、激光耦合到水光纤需要满足的光学条件、水导激光加工实验三部分内容。第一对水光纤的形成及水射流的破碎机理进行了理论研究,分析了影响喷嘴内部流型的因素,为喷嘴的设计提供了理论支持。介绍了水射流结构特性,分析了四种不同破碎形式的机理和特点。第二对水导激光耦合需要满足的光学条件进行了理论研究。对激光耦合需要满足的对焦位置关系、聚焦光斑大小、最大水光纤入射角进行了分析,从而对激光光束质量进行了理论约束。分析三了种不同耦合误差对激光耦合效率的影响,介绍了激光在水里的衰减特性及激光与材料相互作用的机理。第三搭建了一套水导激光加工实验平台,对水光纤的长度、激光的耦合效率、水导激光加工小孔三部分内容进行了实验研究。分析了喷嘴孔径、射流流量(流速)对水光纤长度的影响,水光纤的最大稳定长度达到23cm左右。对水导激光的耦合功率、效率进行了测量,水导激光的耦合效率大于50%。最后对不锈钢、铁片、石块等工件进行了水导激光加工实验,实验结果表明加工工件热影响区小、无重铸层。关键词:水导激光加工水导引激光水光纤耦合条件万方数据华中科技大学硕士学位论文 II Abstract Thetraditional laser processing will produce large amounts of slag on machining parts whilethe ablated workpiece partswillproduce heat affected zone and micro fission,which limit the laser applications Waterjet guided laserprocessing technologyis akind of composite machining technology, laserisguided to workpiece machining positionby water, water jet cooling and flushing action make machining parts heataffected zonesmallerand greatly reducesthe recast layerit es the defect of traditional laser processing, and broadensthe application field of laser machining. This t