CN105081587A - 一种水射流激光复合多道切割陶瓷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光加工方法，尤其是一种水射流激光复合多道切割陶瓷材料的加工方法。水射流激光复合多道切割加工方法为，利用射流系统确保10bar以下的低压力水射流，冲蚀点后置于激光束1mm～2mm，将水射流倾斜10°～35°并在切割后立即对切缝进行冲蚀；首先设置激光能量为E1，第一次切割预定深度(0.3d～0.6d)(d为陶瓷材板厚度)的排屑槽；然后保持其他参数不变，提高激光能量为E2(E2＞E1)，并在原轨迹进行切断切割。两次走刀后切割边界相互叠加或相接，即完成陶瓷材料的分离。此方法控制走刀次数在2次，实现了厚陶瓷材料的高质量、高效率的无损伤切割，并且降低了传统多道切割而造成的切缝边缘塌陷、切割的锥度等问题。

Description

一种水射流激光复合多道切割陶瓷的方法
技术领域：
本发明涉及激光的应用领域，尤其是一种水射流激光复合多道切割陶瓷的方法。
背景技术：
水射流激光复合切割技术是在传统激光加工基础上引入低压射流，低压水射流与激光束同时到达工件，冲蚀区域稍滞后于激光加工位置。激光诱导目标体熔化和蒸发，水射流带走烧蚀的熔渣，同时水射流也起到冷却加工工件的作用。与传统激光加工相比，水射流引导激光加工的加工表面干净，没有熔渣堆积，热影响区较小。但是，在进行厚板陶瓷激光切割时还存在切缝太深，难以一次性清除熔渣，重铸层、裂纹等质量问题提升不明显等。
激光多道切割技术是采用激光重复多次扫描同一路径，每道只去除预定深度的材料(小于工件厚度)，直至工件切穿。其优点在于每道切割时输入能量较低，对激光输出功率要求低，热载荷低于传统激光切割，热损伤较少，更适合于厚陶瓷切割。但材料去除率受输出功率限制，其切割效率要低于传统激光单道切割。对于具有熔点的陶瓷(如Al2O3和ZrO2)，材料去除方式主要是基于熔融材料喷射。采用多道切割技术加工该类陶瓷时，熔融材料重凝可能导致切缝堵塞，进而降低后续切割质量和效率。
发明内容：
为了解决上述生产技术中的厚陶瓷切割产生的影响产品加工质量的裂纹和重铸层现象，以及加工效率过低的缺点，本发明提供一种水射流激光复合多道切割陶瓷的方法，从而有效的避免在产品表面产生的熔渣堆积和重铸层现象，同时减少了激光多道切割的走刀次数，大大提高了加工表面的质量和加工效率。
为达到所述目的，在传统激光多道切割基础上引入低压水射流激光复合切割技术，切割工序的全程伴随着低压水射流对切割区域进行冲刷，为控制熔渣排除方向，提高熔渣排除率，设置水射流冲蚀角度为10°～35°。切割时，首先采用一定的激光能量E1在材料上进行第一刀切割，获得一个0.3d～0.6d(d为陶瓷板厚度)深的切槽，此切槽主要起排屑作用。然后保持水射流等其他参数不变，提高激光能量并在原切割轨迹上进行二次切割，此次切割为切断切割。两次走刀后切割边界相互叠加或相接，即完成陶瓷材料的分离。所述方法可使多道切割的走刀次数控制在2刀，不仅提高切割质量，而且降低了走刀次数。
本发明公开一种水射流激光复合多道切割陶瓷的方法，通过以下技术方案实现：
S1.低压水射流后置于激光束1～2mm，并将水射流倾斜，使得激光束和水射流同时作用于待加工基板，射流压力小于10bar，水流速度为8～22m/s，靶距为350mm；
S2.调节激光器获得一定激光能量E1，将聚焦后的激光束与后置水射流沿预定切割轨迹进行一次复合切割，获得一个深度d1的切槽，激光扫描速度0.6mm～1.0mm/s；
S3调节激光器获得一定激光能量E2(E2＞E1)，其他工艺参数不做改变；
S4沿步骤S2中走刀轨迹进行二次切割，切割边界相互叠加或相接，完成陶瓷的无损分离。
在整个切割过程中，切割部位吹入0.1～0.5Mpa辅助气体，吹走水汽和凝固的熔融材料；辅助气体为压缩空气，以氧助熔融切割为主要方式完成厚陶瓷切断。
在本发明所述的水射流激光复合多道切割陶瓷的方法中，所述陶瓷基板厚度不宜过小，最好为0.5～15mm；
在本发明所述的水射流激光复合多道切割陶瓷的方法中，所述走刀次数为2次；
在本发明所述的水射流激光复合多道切割陶瓷的方法中，所述方法切割陶瓷时，切割走刀方式为原轨迹重复走刀。
在本发明所述的水射流激光复合多道切割陶瓷的方法中，为降低切缝锥度，提高切割质量，所述第一刀切割深度为0.3d～0.6d(d为陶瓷板厚度)；
在本发明所述的水射流激光复合多道切割陶瓷的方法中，引入水射流来冲蚀熔渣和冷却陶瓷基板，为使熔渣以与切割相反方向排除，所述水射流与激光束之间角度为10°～35°；
本发明基本原理是：在陶瓷的激光多道切割过程中使用低压水射流对切割面进行冲蚀，冲走熔渣并降低热影响区；选择合理的第一刀激光能量可以有效切割预定深度，并提高每次切割的冲蚀效率，而且合理的参数也有助于降低多道切割中常见的边缘塌陷与切缝锥度过大等问题。
实施本发明的一种水射流激光复合多道切割陶瓷的方法，具有以下有益的效果：
1.本发明方法合理，操作简便，同时低压水射流的装置成本低；
2.本发明与传统激光多道切割方法相比，引入低压水射流系统，利用水射流降低热影响区和冲蚀熔渣，可以有效解决厚陶瓷多道切割过程中存在的裂纹和熔渣堵塞切缝问题，提高了厚陶瓷的切割质量；
3.本发明中，先使用一定的激光功率进行第一次走刀，然后提高激光能量切割第二刀，控制总的走刀次数为2次。一方面，与传统激光多道切割相比，切割效率百倍提升，另一方面降低了边缘塌陷、切缝锥度等问题，为陶瓷的切割提供了一种新的选择。
附图说明：
图1为本发明实施的一种水射流激光复合多道切割陶瓷方法的第一刀切割示意图；
图2为本发明实施的一种水射流激光复合多道切割陶瓷方法的第二刀切割示意图；
图3为本发明实施的一种水射流激光复合多道切割厚陶瓷方法的流程图；
图4为普通水射流激光复合切割工件表面实体显微照片；
图5为实施例1的水射流激光复合多道切割工件表面实体显微照片；
附图标记：
1.Al2O3陶瓷板，2.激光束与同轴辅助气体，3.水射流，4.工作台移动方向，5.熔渣，6.第一刀切缝内壁，7.第二刀切缝内壁。
具体实施方式：
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
实施例：
加工厚度为1mm的96％Al2O3陶瓷，材料性能如下表
96％Al2O3陶瓷材料性能表
密度(g/cm3) 熔化温度(℃) 沸点(℃) 热导率(W/m.k)
3.6 2045 2980 24.8
加工要求：不存在扩展型裂纹，表面光洁；
根据加工材料的材料性能、厚度和加工要求，选择水射流激光复合多道切割工艺条件如下：
实验采用Nd：YAG固体激光器(最大功率500W)
水射流滞后距离为1mm
水射流速度为14m/s
水射流冲蚀角度为20°
氧气压力为0.4MPa
第一次切割激光能量：80mJ
第二刀切割激光能量：180mJ
请参阅图1、2，一种水射流激光复合多道切割陶瓷方法，具体步骤如下：
S1.设置水射流系统，在开始加工时同步冲蚀加工区域
调节水射流系统使得水射流滞后距离为1mm，水射流靶距350mm，流速为14m/s，压力小于10bar；冲蚀角度为20°
S2.调节激光器和辅助气体装置，输入切割路径，以较低能量切割第一刀
调节激光器能量为80mJ，工作台水平移动线速度为0.8mm/s，辅助气体为氧气，其压力为0.4MPa
S4.保持其他参数不变，调整激光器能量
保持水射流、辅助气体压力等参数不变，水射流此时不必停止，调节后续走刀时激光器能量为180mJ
S4.沿原轨迹切割第二刀，即切断切割
走到路径与第一刀相同，不可进行往复切割
切割过程中，第一刀切割后获得了0.5mm深的切槽，切面整洁无熔渣残留；进行第二刀切割时，必定要保持原有切割轨迹，且不能往复走刀。第二刀切割后，陶瓷材料自行分离，上表面光洁度较高，切缝内部无挂渣。与普通水射流激光复合切割相比，水射流激光复合多道切割质量较高，达到了加工要求，如图4图5所示。
本实施例结果如下，通过合理的选择激光能量、水射流压力、水射流速度、冲蚀角度、靶距和气体压力等工艺参数，实现以2次走刀，配合水射流的冲蚀作用实现Al2O3陶瓷的切割，且加工表面接近无热损伤与扩展性裂纹，走刀次数也得以降低，效率得到了提升。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (6)

1.一种水射流激光复合多道切割陶瓷的方法，其特征在于
把陶瓷板置于工作台，利用射流系统确保切割全程伴随一定压力水射流，在激光一次走刀切割预定深度(小于陶瓷厚度)后立即对切缝进行同步冲蚀，然后合理提高激光能量，重复走刀直至陶瓷材料切断。水射流的冲刷作用可以有效减少熔渣附着、降低重铸层厚度；水射流的冷却陶作用以及多道切割可以有效减小热影响区(HAZ)进而抑制裂纹产生与扩展，故此方法可显著提高陶瓷材料的切割质量。
该方法包括以下步骤：
S1.低压水射流后置于激光束1～2mm，并将水射流倾斜，使得激光束和水射流同时作用于待加工基板，射流压力小于10bar，水流速度为8～22m/s，靶距为350mm；
S2.调节激光器获得一定激光能量E1，将聚焦后的激光束与后置水射流沿预定切割轨迹进行一次复合切割，获得一个深度d1的切槽，切割速度0.6mm～1.0mm/s；
S3调节激光器获得一定激光能量E2(E2＞E1)，其他工艺参数不做改变；
S4沿步骤S2中走刀轨迹进行二次切割，切割边界相互叠加或相接，完成陶瓷的无损分离。
在整个切割过程中，切割部位吹入0.1～0.5Mpa辅助气体，吹走水汽和凝固的熔融材料；辅助气体为压缩空气，以氧助熔融切割为主要方式完成厚陶瓷切断。
2.根据权利要求1所述的水射流激光复合多道切割陶瓷的方法，其特征在于：所述陶瓷基板厚度不宜过小，最好为0.5～15mm。
3.根据权利要求1所述的水射流激光复合多道切割陶瓷的方法，其特征在于：所述方法切割陶瓷时，切割走刀次数为2次。
4.根据权利要求1所述的水射流激光复合多道切割陶瓷的方法，其特征在于：所述方法切割陶瓷时，切割走刀方式为原轨迹重复走刀。
5.根据权利要求1所述的水射流激光复合多道切割陶瓷的方法，其特征在于：所述方法切割陶瓷时，为降低切缝锥度，提高切割质量，第一刀切割深度为0.3d～0.6d(d为陶瓷板厚度)。
6.根据权利要求1所述的水射流激光复合多道切割陶瓷的方法，其特征在于：所述方法引入水射流来冲蚀熔渣和冷却陶瓷基板，为使提高熔渣去除率，水射流与激光束之间夹角最好为10°～35°。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107570889A (zh) * 2017-09-23 2018-01-12 无锡工艺职业技术学院 一种激光切割陶瓷的方法
CN108025398A (zh) * 2015-07-28 2018-05-11 辛诺瓦有限公司 使用液体射流引导的激光束处理工件的过程
CN108329054A (zh) * 2018-01-19 2018-07-27 天津科技大学 陶瓷材料的激光水射流热处理方法
CN109465711A (zh) * 2018-10-29 2019-03-15 中国人民解放军陆军装甲兵学院 磨料水射流切槽-金刚石砂轮推磨复合加工陶瓷方法
CN112620973A (zh) * 2020-12-18 2021-04-09 成都中创光科科技有限公司 一种碳化硅晶片单向三次双向六级台阶切割工艺
CN112775563A (zh) * 2020-12-18 2021-05-11 成都中创光科科技有限公司 一种碳化硅晶片单向四次双向八级台阶切割工艺
CN112894162A (zh) * 2021-01-14 2021-06-04 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种电路板的激光切割方法及激光切割系统
CN113894407A (zh) * 2020-07-06 2022-01-07 中国科学院沈阳自动化研究所 基于胀塑性流体对壁防护的水导激光加工装置
CN115450644A (zh) * 2022-09-07 2022-12-09 湖南汉辰光加科技有限公司 一种利用激光和犁头辅助破岩的部件

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0237985A (ja) * 1988-07-28 1990-02-07 Hitachi Constr Mach Co Ltd レーザ加工方法及び装置
CN1414893A (zh) * 1999-10-29 2003-04-30 肖特玻璃厂 快速切割脆性材料制成的工件的方法和装置
US20110049113A1 (en) * 2009-08-31 2011-03-03 Gregory Scott Glaesemann Methods for laser scribing and breaking thin glass
CN102528280A (zh) * 2012-01-16 2012-07-04 山东大学 激光-水射流复合微细加工工艺及装置
CN103071933A (zh) * 2013-01-18 2013-05-01 江南大学 激光复合切割陶瓷的装置及方法
CN103097313A (zh) * 2010-08-31 2013-05-08 康宁股份有限公司 分离强化玻璃基材的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0237985A (ja) * 1988-07-28 1990-02-07 Hitachi Constr Mach Co Ltd レーザ加工方法及び装置
CN1414893A (zh) * 1999-10-29 2003-04-30 肖特玻璃厂 快速切割脆性材料制成的工件的方法和装置
US20110049113A1 (en) * 2009-08-31 2011-03-03 Gregory Scott Glaesemann Methods for laser scribing and breaking thin glass
CN103097313A (zh) * 2010-08-31 2013-05-08 康宁股份有限公司 分离强化玻璃基材的方法
CN102528280A (zh) * 2012-01-16 2012-07-04 山东大学 激光-水射流复合微细加工工艺及装置
CN103071933A (zh) * 2013-01-18 2013-05-01 江南大学 激光复合切割陶瓷的装置及方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108025398A (zh) * 2015-07-28 2018-05-11 辛诺瓦有限公司 使用液体射流引导的激光束处理工件的过程
CN107570889A (zh) * 2017-09-23 2018-01-12 无锡工艺职业技术学院 一种激光切割陶瓷的方法
CN107570889B (zh) * 2017-09-23 2019-12-10 无锡工艺职业技术学院 一种激光切割陶瓷的方法
CN108329054A (zh) * 2018-01-19 2018-07-27 天津科技大学 陶瓷材料的激光水射流热处理方法
CN109465711A (zh) * 2018-10-29 2019-03-15 中国人民解放军陆军装甲兵学院 磨料水射流切槽-金刚石砂轮推磨复合加工陶瓷方法
CN113894407A (zh) * 2020-07-06 2022-01-07 中国科学院沈阳自动化研究所 基于胀塑性流体对壁防护的水导激光加工装置
CN112620973A (zh) * 2020-12-18 2021-04-09 成都中创光科科技有限公司 一种碳化硅晶片单向三次双向六级台阶切割工艺
CN112775563A (zh) * 2020-12-18 2021-05-11 成都中创光科科技有限公司 一种碳化硅晶片单向四次双向八级台阶切割工艺
CN112894162A (zh) * 2021-01-14 2021-06-04 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种电路板的激光切割方法及激光切割系统
CN115450644A (zh) * 2022-09-07 2022-12-09 湖南汉辰光加科技有限公司 一种利用激光和犁头辅助破岩的部件

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