CN107824963A - 提高高反射金属表面激光吸收率的方法 - Google Patents

提高高反射金属表面激光吸收率的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107824963A
CN107824963A CN201711272953.3A CN201711272953A CN107824963A CN 107824963 A CN107824963 A CN 107824963A CN 201711272953 A CN201711272953 A CN 201711272953A CN 107824963 A CN107824963 A CN 107824963A
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal surface
texture
laser
absorption rate
processed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711272953.3A
Other languages
English (en)
Inventor
冯爱新
赵莹
刘勇
杨海华
程好
陈欢
贾天代
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wenzhou University
Original Assignee
Wenzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wenzhou University filed Critical Wenzhou University
Priority to CN201711272953.3A priority Critical patent/CN107824963A/zh
Publication of CN107824963A publication Critical patent/CN107824963A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/18—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using absorbing layers on the workpiece, e.g. for marking or protecting purposes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明公开了提高高反射金属表面激光吸收率的方法，首先，对待加工金属表面进行预处理，清理表面的灰尘、油垢和锈蚀；然后，运用皮秒脉冲激光器在待加工金属表面进行织构，形成均匀织构形貌，从而提高金属表面激光吸收率。采用515nm皮秒脉冲绿激光在金属表面加工形成平行凹槽织构或十字凹槽织构，将激光织构技术与激光宏观加工有效结合，解决了高反射率金属激光吸收率低的问题；能够快速、高效、精确地在待加工金属表面形成规律性织构，并且不受工件形状限制，适用于各类厚度1mm以上高反射金属部件，织构后表面粗糙度控制在13μm以下，对工件表面完整性影响小，工艺简单、成本低且效率高，可使工件表面吸收率提高到80％以上。

Description

提高高反射金属表面激光吸收率的方法
技术领域
本发明涉及一种提高高反射金属表面激光吸收率的方法，属于激光加工技术领域。
背景技术
目前，与TIG、高压电弧、MIG等传统的加工工艺方法相比，激光束具有高柔性、高能量密度分布的特点，使激光加工具有热影响区小、变形小、效率高等一系列优点。高反射金属对激光的吸收率低是阻碍其进行激光工业加工的重要因素。影响工件激光吸收率的因素主要有工件表面特性、激光波长、材料温度和激光功率密度。目前提高高反射金属表面激光吸收率的主要方法有：1)改善工件表面特性。在工件表面涂覆相应的吸光涂料或镀层，如磷化剂、石墨涂层、镍镀层等，能够有效提高材料表面对激光的吸收，但存在表面粗糙、易烧蚀、气味刺鼻、清理困难和工艺复杂等问题；2)双波长激光叠加加工，波长越短，工件激光吸收率越高，因此短波激光加载使工件预热，长波长激光用于正式激光加工，显著提高激光加工的重复加工精度和加工效率，但是存在激光设备复杂、成本高等问题；3)工件加工之前预热处理，金属对激光的吸收率随温度升高而增大，预热后工件加工效果也较好，但是工件预热范围会受限于工件尺寸，预热时间和预热保温后激光加工工艺控制也比较困难。
因此，急需开发一种工艺简单、成本低、适应性好、效率高的提高高反射金属表面激光吸收率的方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种提高高反射金属表面激光吸收率的方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
提高高反射金属表面激光吸收率的方法，特点是：首先，对待加工金属表面进行预处理，清理表面的灰尘、油垢和锈蚀；然后，运用皮秒脉冲激光器在待加工金属表面进行织构，形成均匀织构形貌，从而提高金属表面激光吸收率。
进一步地，上述的提高高反射金属表面激光吸收率的方法，采用参数为波长980～1070nm、倍频后515nm短波绿激光输出、峰值功率50W、脉冲宽度小于15ps、重复频率0～100KHz可调的单脉冲输出皮秒激光在待加工金属表面进行织构。
进一步地，上述的提高高反射金属表面激光吸收率的方法，其中，所述织构横截面形貌呈抛物线，凹槽倾角70°～80°，织构深度30～50μm。
进一步地，上述的提高高反射金属表面激光吸收率的方法，其中，织构后金属表面粗糙度Ra≤13μm。
进一步地，上述的提高高反射金属表面激光吸收率的方法，其中，所述织构形式有两种，即平行凹槽织构与十字凹槽织构。
进一步地，上述的提高高反射金属表面激光吸收率的方法，其中，所述平行凹槽织构的方向沿激光加工方向，凹槽间距为1/4D，D为宏观加工激光光斑直径，分布均匀。
进一步地，上述的提高高反射金属表面激光吸收率的方法，其中，采用515nm皮秒脉冲绿激光在金属表面加工形成平行凹槽织构或十字凹槽织构。
进一步地，上述的提高高反射金属表面激光吸收率的方法，其中，用砂纸打磨待加工金属表面，去除表面氧化层和锈斑；用丙酮清洗待加工金属表面，去除表面灰尘和油脂。
本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：
本发明将激光织构技术与激光宏观加工有效结合，解决了高反射率金属激光吸收率低的问题；能够快速、高效、精确地在待加工金属表面形成规律性织构，并且不受工件形状限制，适用于各类厚度1mm以上高反射金属部件，织构后表面粗糙度控制在13μm以下，对工件表面完整性影响小，工艺简单、成本低且效率高，能够使工件表面吸收率提高到80％以上。本发明方法适合高反射金属的激光焊接、切割制造等相关领域，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1：本发明凹槽织构横截面形貌照片；
图2：平行凹槽织构形貌照片；
图3：十字凹槽织构形貌照片。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现详细说明具体实施方案。
本发明采用的515nm皮秒脉冲绿激光在工件表面加工的平行凹槽织构或十字凹槽织构，能够使高反射金属表面激光吸收率提高至80％以上。
首先，对待加工金属表面进行预处理，清理表面的灰尘、油垢和锈蚀；然后，运用皮秒脉冲激光器在待加工金属表面进行织构，形成均匀织构形貌，从而提高金属表面激光吸收率。
如图1所示，织构横截面形貌呈抛物线，凹槽倾角70°～80°，织构深度30～50μm。
实施例1：提高铜(原始表面激光吸收率小于10％)表面激光吸收率。
首先，用砂纸打磨待加工工件表面(T2铜板，厚度2mm)，除去工件表面氧化层或锈斑；用丙酮清洗待加工工件表面，以去除表面灰尘和油脂等；经过上述两步预处理之后，即可获得清洁、干净的工件表面。
然后，利用倍频后波长为515nm的皮秒绿激光进行铜表面沿加工方向的平行凹槽织构，凹槽间距50μm(所用激光加工光斑直径200μm)；织构工艺参数如下：激光频率10kHz，脉冲长度10μs，50％的峰值功率，单脉冲能量62μJ，扫描次数20次；所形成的凹槽深度为32μm，织构后铜板表面粗糙度Ra＝9μm。平行凹槽织构形貌照片如图2所示。
采用本方法处理之后的铜表面，经过吸收率测试，织构后表面吸收率为78％，与未处理原始表面相比，其激光吸收率提高了近8倍。
实施例2：提高铝(原始表面激光吸收率小于10％)表面激光吸收率。
首先，用砂纸打磨待加工工件表面(1060纯铝板，厚度2mm)，除去工件表面氧化层或锈斑；用丙酮清洗待加工工件表面，以去除表面灰尘和油脂等；经过上述两步预处理之后，即可获得清洁、干净的工件表面。
然后，利用倍频后波长为515nm的皮秒绿激光进行铝表面十字凹槽织构，凹槽间距50μm(所用激光加工光斑直径200μm)。织构工艺参数如下：激光频率10kHz，脉冲长度10μs，30％的峰值功率，单脉冲能量38μJ，扫描次数60次。所形成的凹槽深度为44μm，织构后铝板表面粗糙度Ra＝12μm。十字凹槽织构形貌照片如图3所示。
采用本方法处理之后的铝表面，经过吸收率测试，织构后表面吸收率为86.75％，与未处理原始表面相比，其激光吸收率提高了近9倍。
综上所述，本发明将激光织构技术与激光宏观加工有效结合，解决了高反射率金属激光吸收率低的问题。该方法能够快速、高效、精确地在待加工金属表面形成规律性织构，并且不受工件形状限制，适用于各类厚度1mm以上高反射金属部件，织构后表面粗糙度控制在13μm以下，对工件表面完整性影响小，工艺简单、成本低且效率高，能够使工件表面吸收率提高到80％以上。因此本发明方法适合高反射金属的激光焊接、切割制造等领域，具有广泛的应用前景。
需要说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非用以限定本发明的权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域的专门人士应可明了及实施，因此其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。

Claims (8)

1.提高高反射金属表面激光吸收率的方法，其特征在于：首先，对待加工金属表面进行预处理，清理表面的灰尘、油垢和锈蚀；然后，运用皮秒脉冲激光器在待加工金属表面进行织构，形成均匀织构形貌，从而提高金属表面激光吸收率。
2.根据权利要求1所述的提高高反射金属表面激光吸收率的方法，其特征在于：采用参数为波长980～1070nm、倍频后515nm短波绿激光输出、峰值功率50W、脉冲宽度小于15ps、重复频率0～100KHz可调的单脉冲输出皮秒激光在待加工金属表面进行织构。
3.根据权利要求1所述的提高高反射金属表面激光吸收率的方法，其特征在于：所述织构横截面形貌呈抛物线，凹槽倾角70°～80°，织构深度30～50μm。
4.根据权利要求1所述的提高高反射金属表面激光吸收率的方法，其特征在于：织构后金属表面粗糙度Ra≤13μm。
5.根据权利要求1所述的提高高反射金属表面激光吸收率的方法，其特征在于：所述织构形式有两种，即平行凹槽织构与十字凹槽织构。
6.根据权利要求5所述的提高高反射金属表面激光吸收率的方法，其特征在于：所述平行凹槽织构的方向沿激光加工方向，凹槽间距为1/4D，D为宏观加工激光光斑直径，分布均匀。
7.根据权利要求1所述的提高高反射金属表面激光吸收率的方法，其特征在于：采用515nm皮秒脉冲绿激光在金属表面加工形成平行凹槽织构或十字凹槽织构。
8.根据权利要求1所述的提高高反射金属表面激光吸收率的方法，其特征在于：用砂纸打磨待加工金属表面，去除表面氧化层和锈斑；用丙酮清洗待加工金属表面，去除表面灰尘和油脂。
CN201711272953.3A 2017-12-06 2017-12-06 提高高反射金属表面激光吸收率的方法 Pending CN107824963A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711272953.3A CN107824963A (zh) 2017-12-06 2017-12-06 提高高反射金属表面激光吸收率的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711272953.3A CN107824963A (zh) 2017-12-06 2017-12-06 提高高反射金属表面激光吸收率的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107824963A true CN107824963A (zh) 2018-03-23

Family

ID=61641984

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711272953.3A Pending CN107824963A (zh) 2017-12-06 2017-12-06 提高高反射金属表面激光吸收率的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107824963A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110614439A (zh) * 2019-08-30 2019-12-27 江苏大学 一种高反材料激光连接方法和装置
CN111151875A (zh) * 2020-01-08 2020-05-15 温州大学 提高铜钢异种金属激光叠焊接头强度的方法
CN112643203A (zh) * 2020-11-18 2021-04-13 欣旺达电动汽车电池有限公司 工件焊接方法、电极组件、单体电池及用电设备
CN113185861A (zh) * 2021-03-15 2021-07-30 沈阳万超激光科技有限公司 一种提高材料吸光率的涂抹材料制备及使用方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002361454A (ja) * 2001-05-31 2002-12-18 Nippon Steel Techno Research Corp 半導体レーザによるアルミニウム合金の重ね溶接方法
CN103846550A (zh) * 2012-12-07 2014-06-11 郑金祥 可增加物品光能吸收率的加工方法
CN104084693A (zh) * 2014-07-25 2014-10-08 深圳市大族激光科技股份有限公司 高反射材料的激光焊接方法
CN104117776A (zh) * 2014-07-17 2014-10-29 深圳市大族激光科技股份有限公司 高反射金属部件的激光焊接方法
CN105081568A (zh) * 2014-04-23 2015-11-25 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 激光焊接方法
CN105834589A (zh) * 2016-06-16 2016-08-10 吉林大学 利用飞秒激光光丝在硅晶体表面远程制备微结构的装置及方法
CN107252967A (zh) * 2017-07-26 2017-10-17 大连理工大学 超短脉冲激光表面结构改性制造高吸收率黑色金属的方法
WO2017191013A1 (fr) * 2016-05-02 2017-11-09 Laser Engineering Applications Méthode d'assemblage d'un substrat et d'une pièce par la structuration du substrat

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002361454A (ja) * 2001-05-31 2002-12-18 Nippon Steel Techno Research Corp 半導体レーザによるアルミニウム合金の重ね溶接方法
CN103846550A (zh) * 2012-12-07 2014-06-11 郑金祥 可增加物品光能吸收率的加工方法
CN105081568A (zh) * 2014-04-23 2015-11-25 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 激光焊接方法
CN104117776A (zh) * 2014-07-17 2014-10-29 深圳市大族激光科技股份有限公司 高反射金属部件的激光焊接方法
CN104084693A (zh) * 2014-07-25 2014-10-08 深圳市大族激光科技股份有限公司 高反射材料的激光焊接方法
WO2017191013A1 (fr) * 2016-05-02 2017-11-09 Laser Engineering Applications Méthode d'assemblage d'un substrat et d'une pièce par la structuration du substrat
CN105834589A (zh) * 2016-06-16 2016-08-10 吉林大学 利用飞秒激光光丝在硅晶体表面远程制备微结构的装置及方法
CN107252967A (zh) * 2017-07-26 2017-10-17 大连理工大学 超短脉冲激光表面结构改性制造高吸收率黑色金属的方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110614439A (zh) * 2019-08-30 2019-12-27 江苏大学 一种高反材料激光连接方法和装置
CN111151875A (zh) * 2020-01-08 2020-05-15 温州大学 提高铜钢异种金属激光叠焊接头强度的方法
CN112643203A (zh) * 2020-11-18 2021-04-13 欣旺达电动汽车电池有限公司 工件焊接方法、电极组件、单体电池及用电设备
CN113185861A (zh) * 2021-03-15 2021-07-30 沈阳万超激光科技有限公司 一种提高材料吸光率的涂抹材料制备及使用方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107824963A (zh) 提高高反射金属表面激光吸收率的方法
Knappe et al. Scaling ablation rates for picosecond lasers using burst micromachining
Hanon et al. Experimental and theoretical investigation of the drilling of alumina ceramic using Nd: YAG pulsed laser
Neuenschwander et al. Processing of metals and dielectric materials with ps-laserpulses: results, strategies, limitations and needs
Lamraoui et al. Laser surface texturing (LST) treatment before thermal spraying: A new process to improve the substrate-coating adherence
Finger et al. High power ultra-short pulse laser ablation of IN718 using high repetition rates
CN110773872A (zh) 一种涡轮叶片热障涂层飞秒激光精准化去除方法
CN106498389B (zh) 基于多焦点透镜产生预热和缓冷光的激光熔覆装置
CN110369727A (zh) 一种选择性激光熔化加工无纵向支撑水平悬空结构的方法
CN108788482B (zh) 陶瓷制品表面的镭射加工方法及陶瓷制品
CN103320579A (zh) 一种激光冲击飞机涡轮叶片的方法和装置
Lopez et al. Parameters of influence in surface ablation and texturing of metals using high-power ultrafast laser
CN107999976A (zh) 一种具有耐磨性及疏水性的金属表面微结构制备方法
CN112589263A (zh) 一种金属表面先削峰后填谷的蒸发-熔凝复合激光抛光方法
Zhang et al. Rapid fabrication of surface microstructures on AlN HTCC substrate by chemically assisted laser ablation
CN114571086A (zh) 纳秒激光诱导等离子体复合飞秒激光加工装置及加工方法
Žemaitis et al. Efficient ablation by ultra-short pulse lasers
Liang et al. Laser drilling of alumina ceramic substrates: A review
Patel et al. Parametric investigation in co2 laser cutting quality of hardox-400 materials
Sun et al. Study on process technology and surface integrity of 316L cardiovascular stents by fiber laser wet cutting
CN113070576A (zh) 纳秒激光辐照制备非晶合金表面微纳米周期性结构的方法
Nabetani et al. Development of a simulation method for three-dimensional shape generation by femtosecond laser ablation on binderless nano-polycrystalline diamond
Liu et al. Development of high-performance polycrystalline CVD diamond-coated cutting tools using femtosecond lasers
CN115052700A (zh) 切削工具的制造方法
Sun et al. Sequential Combination of Femtosecond Laser Ablation and Induced Micro/Nano Structures for Marking Units with High‐Recognition‐Rate

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180323