Многоимпульсное сверление и резка

Этот метод формирует отверстие и разрез путем применения последовательности одинаковых лазерных импульсов заданной энергии и длительности, которые последовательно доводят отверстие (или разрез) до требуемого размера. Многоимпульсная обработка вызывает постепенный рост (разреза) отверстия в глубину благодаря испарению слоя за слоем с каждым импульсом. Окончательная глубина отверстия (разреза) определяется полной энергией импульсов, в то время как диаметр зависит от средних параметров отдельного импульса, а также от диаметра светового луча и каустики в зоне обработки.

Многоимпульсная лазерная обработка обычно используется для решения двух различных технологических задач: 1) получение отверстий (резов) с максимальной глубиной без строгих требований точности, 2) получение точных отверстий (резов).

Оптимальный режим многоимпульсной обработки в первом случае соответствует получению максимального отношения приращения глубины к диаметру () в каждом отдельном импульсе. Экспериментальные исследования режима, характеризуемого , показали, что диаметр отверстия изменяется незначительно после первого импульса и определяется значением энергии , усредненной по серии всех импульсов, а глубина определяется полной энергией n импульсов.

Формулы (18) и (19) могут быть снова использованы для расчета окончательных размеров отверстий с той лишь разницей, что глубина определяется полной энергией импульсов , а диаметр определяется усредненной энергией отдельного импульса . Тогда из (18) и (19) следует, что основными факторами, влияющими на отношение глубины к диаметру являются tgγ, характеризующий кривизну каустики после фокальной плоскости оптической системы, и количество n импульсов, необходимых для получения требуемых d и h.

Оптимальный высокоточный многоимпульсный режим должен обеспечивать минимальное оплавление стенок и дна отверстия. Это становится возможным, если выполнены следующие два условия, которые определяют приемлемый диапазон режимов обработки:

(24)

Первое условие означает низкий боковой поток тепла в течение импульса, т. е. минимальное плавление стенок из-за теплопроводности. Второй ограничивает факторы образования жидкой фазы.

Возвращаясь к бороздчатости и задержкам реза, необходимо понимать, что эти явления органически присущи импульсно-периодической резке. Избежать их не так легко даже в случае непрерывной резки с помощью кислорода, при которой существуют различные механизмы для удаления материала с поверхности и стен разрезов. При непрерывной резке можно устранить борозды при u₀ > u_cr, где экспериментальное значение u_cr - 4.0-6.5 см/с.

В общем случае, для уменьшения бороздок необходимо: 1) увеличить перекрытия отверстий (за счет увеличения частоты повторения импульсов f или уменьшения скорости движения u₀ и т.д.) и, 2) ограничить количество жидкой фазы (за счет уменьшения длительности импульса τ и т.д.).