CN112589263A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

Info

Publication number
CN112589263A
CN112589263A CN202011458816.0A CN202011458816A CN112589263A CN 112589263 A CN112589263 A CN 112589263A CN 202011458816 A CN202011458816 A CN 202011458816A CN 112589263 A CN112589263 A CN 112589263A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
polishing
evaporation
scanning
fusion
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
CN202011458816.0A
Other languages
English (en)
Inventor
王梁
黄锦榜
姚建华
吴国龙
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.)
Zhejiang University of Technology ZJUT
Original Assignee
Zhejiang University of Technology ZJUT
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 Zhejiang University of Technology ZJUT filed Critical Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority to CN202011458816.0A priority Critical patent/CN112589263A/zh
Publication of CN112589263A publication Critical patent/CN112589263A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/3568—Modifying rugosity
    • B23K26/3576—Diminishing rugosity, e.g. grinding; Polishing; Smoothing
    • 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
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • 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
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment

Abstract

本发明提供了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，引入纳秒脉冲激光对大粗糙度表面进行削峰处理，再利用连续激光熔凝填充谷底的方式来对大粗糙度表面进行复合激光抛光，以防止微裂纹的产生；由于纳秒激光的脉宽极短，故多次扫描不会造成严重的热影响，作用后表面光亮、微观表面高峰被削低，接着再用连续激光熔凝，使材料熔化流动填充谷底，最终得到平整又光亮的无微观热裂纹的抛光表面，本发明抛光效率高，环境友好。

Description

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
技术领域
本发明涉及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。
背景技术
激光抛光是随着激光技术的发展而出现的一种新型材料表面处理技术，它的基本原理是使用一定能量密度和波长的激光束辐照特定工件，使其表面一薄层物质熔化或蒸发而获得光滑表面。由于激光抛光只在微米厚度的材料层上发生作用，因而相对一般的激光束加工金属具有更高的加工精度。该方法由于不需要任何机械研磨剂和抛光工具，可以抛光用传统抛光方法很难或根本不可能抛光的、具有非常复杂形貌的表面，并且还提供自动化加工的可能性，故相较于传统抛光具有环境污染小、抛光精度高、抛光材料范围广泛、微小区域抛光等突出优点。
目前，激光抛光的机理只以熔化为主，一种是SSM，表面浅熔；另一种是SOM，表面深熔。SSM主要针对的是原始粗糙度值就较低的表面进行抛光，而SOM主要针对原始粗糙度值较高的表面进行抛光。当对原始粗糙度值较高的表面进行激光抛光时，由于连续激光抛光扫描次数的增加会造成持续的能量输入，并且在激光作用的快热快冷过程中，脆硬材料表面会形成微观热裂纹，从而影响金属的表面性能。
发明内容
为了防止连续激光多次抛光造成金属表面热裂纹而影响材料性能，本发明提供了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。引入纳秒脉冲激光对大粗糙度表面进行削峰处理，再利用连续激光熔凝填充谷底的方式来对大粗糙度表面进行复合激光抛光，以防止微裂纹的产生。由于纳秒激光的脉宽极短，故多次扫描不会造成严重的热影响，作用后表面光亮、微观表面高峰被削低，接着再用连续激光熔凝，使材料熔化流动填充谷底，最终得到平整又光亮的无微观热裂纹的抛光表面。
本发明的技术方案如下：
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，包括如下步骤：
步骤一、对待抛光金属工件的表面进行清洗、干燥预处理，然后放置于持续通入氩气且上部安装有镀膜透镜的气氛保护箱内并固定；
所述待抛光金属工件的材料为不锈钢、工具钢、高温合金等，例如304、316L、SKD11、Inconel 718等；
所述气氛保护箱内持续通入氩气以防止金属表面氧化而影响抛光质量，通入氩气的气流量为5～30L/min；
所述气氛保护箱上部安装有透过193～1064nm波长激光的镀膜透镜；
步骤二、将气氛保护箱放置于激光加工系统工作台上，确定激光选区抛光的位置、抛光区域的尺寸以及抛光区域的扫描填充方式，设定纳秒脉冲激光削峰抛光的工艺参数，对表面进行削峰抛光扫描处理；
具体的，所述抛光区域为长度3～40mm，宽度3～40mm尺寸范围内的任意图形区域；
所述抛光区域的扫描填充方式为从左往右横向扫描、从上往下纵向叠加，纵向叠加搭接率为50％～90％；
所述纳秒脉冲激光削峰抛光的工艺参数为：激光波长193～1064nm，激光功率80～200W，激光扫描速度100～2000mm/s，激光重复频率66～2000kHz，激光脉宽10～400ns；
所述纳秒脉冲激光削峰抛光的扫描次数为4～12次；
步骤三、设定连续激光填谷抛光的工艺参数，对削峰抛光后的低峰表面进行熔凝填谷抛光扫描处理；
抛光区域尺寸、抛光区域的扫描填充方式与步骤二中相同；
所述连续激光填谷抛光的工艺参数为，激光波长193～1064nm，激光功率100～500W，激光扫描速度100～500mm/s；
所述连续激光填谷抛光的扫描次数为1～2次。
相对其他抛光工艺，本发明提供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，其优点包括：
(1)本发明抛光效率高，不污染环境；
(2)本发明利用纳秒激光具有极短脉宽的特点，来减少对抛光基体材料的热输入；
(3)由于采用了纳秒脉冲激光进行削峰，本发明显著减少了单一连续激光重熔填谷的次数，改善了单一连续激光多次熔凝大粗糙度表面造成微裂纹的缺点。
附图说明
图1是实施例1或2中工件待抛光大粗糙度表面示意图。
图2是实施例1或2中初始大粗糙度表面的表面形貌图。
图3是实施例1中单纯激光重熔抛光的表面形貌图。
图4是实施例2中脉冲激光削峰抛光的表面形貌图。
图5是实施例2中蒸发-熔凝复合抛光的表面形貌图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1金属表面单一连续激光抛光方法
选取如图1所示尺寸大小为100mm×60mm×10mm的316L不锈钢块，其表面1为型号DK77-30电火花数控线切割机床切制的大粗糙度表面，对其进行清洗、干燥预处理，并对其进行表面表征，表征结果如图2所示。
将工件置于气氛保护箱中，进行单一连续激光抛光，设置连续激光参数：激光波长1064nm，激光功率500W，扫描速度500mm/s，扫描区域10mm×10mm，扫描线间距0.04mm，扫描次数6次，扫描填充方式为从左往右横向扫描、从上往下纵向叠加，纵向叠加搭接率为67％，表面表征结果如图3所示，单一连续激光抛光处理后表面存在许多微观热裂纹。
实施例2金属表面先削峰后填谷的蒸发-熔凝复合激光抛光方法
选取如图1所示尺寸大小为100mm×60mm×10mm的316L不锈钢块，其表面1为型号DK77-30电火花数控线切割机床切制的大粗糙度表面，对其进行清洗、干燥预处理，并对其进行表面表征，表征结果如图2所示。
将工件置于气氛保护箱中，进行蒸发-熔凝复合激光抛光，设置脉冲激光参数：激光波长1064nm，激光功率100W，扫描速度1000mm/s，重复频率500kHz，脉宽10ns，扫描区域10mm×10mm，扫描线间距0.05mm，扫描次数8次，扫描填充方式为从左往右横向扫描、从上往下纵向叠加，纵向叠加搭接率为50％，对大粗糙度表面进行削峰抛光处理，削峰抛光的表面表征结果如图4所示，微观高峰都被削减，谷部依旧存在。
再设置连续激光参数：激光波长1064nm，激光功率500W，扫描速度500mm/s，扫描区域10mm×10mm，扫描线间距0.04mm，扫描次数2次，扫描填充方式为从左往右横向扫描、从上往下纵向叠加，纵向叠加搭接率为67％，对削峰抛光后表面进行熔凝填谷抛光处理，最终表面表征结果如图5所示，表面平整且无明显微观热裂纹。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (8)

1.一种金属表面先削峰后填谷的蒸发-熔凝复合激光抛光方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一、对待抛光金属工件的表面进行清洗、干燥预处理，然后放置于持续通入氩气且上部安装有镀膜透镜的气氛保护箱内并固定；
步骤二、将气氛保护箱放置于激光加工系统工作台上，确定激光选区抛光的位置、抛光区域的尺寸以及抛光区域的扫描填充方式，设定纳秒脉冲激光削峰抛光的工艺参数，对表面进行削峰抛光扫描处理；
所述纳秒脉冲激光削峰抛光的工艺参数为：激光波长193～1064nm，激光功率80～200W，激光扫描速度100～2000mm/s，激光重复频率66～2000kHz，激光脉宽10～400ns；
步骤三、设定连续激光填谷抛光的工艺参数，对削峰抛光后的低峰表面进行熔凝填谷抛光扫描处理；
所述连续激光填谷抛光的工艺参数为，激光波长193～1064nm，激光功率100～500W，激光扫描速度100～500mm/s。
2.如权利要求1所述金属表面先削峰后填谷的蒸发-熔凝复合激光抛光方法，其特征在于，步骤一中，所述待抛光金属工件的材料为不锈钢、工具钢或高温合金。
3.如权利要求1所述金属表面先削峰后填谷的蒸发-熔凝复合激光抛光方法，其特征在于，步骤一中，所述气氛保护箱内通入氩气的气流量为5～30L/min。
4.如权利要求1所述金属表面先削峰后填谷的蒸发-熔凝复合激光抛光方法，其特征在于，步骤一中，所述气氛保护箱上部安装有透过193～1064nm波长激光的镀膜透镜。
5.如权利要求1所述金属表面先削峰后填谷的蒸发-熔凝复合激光抛光方法，其特征在于，步骤二、三中，抛光区域为长度3～40mm，宽度3～40mm尺寸范围内的任意图形区域。
6.如权利要求1所述金属表面先削峰后填谷的蒸发-熔凝复合激光抛光方法，其特征在于，步骤二、三中，抛光区域的扫描填充方式为从左往右横向扫描、从上往下纵向叠加，纵向叠加搭接率为50％～90％。
7.如权利要求1所述金属表面先削峰后填谷的蒸发-熔凝复合激光抛光方法，其特征在于，步骤二中，所述纳秒脉冲激光削峰抛光的扫描次数为4～12次。
8.如权利要求1所述金属表面先削峰后填谷的蒸发-熔凝复合激光抛光方法，其特征在于，步骤三中，所述连续激光填谷抛光的扫描次数为1～2次。
CN202011458816.0A 2020-12-11 2020-12-11 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 Pending CN112589263A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011458816.0A CN112589263A (zh) 2020-12-11 2020-12-11 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

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011458816.0A CN112589263A (zh) 2020-12-11 2020-12-11 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

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112589263A true CN112589263A (zh) 2021-04-02

Family

ID=75193005

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011458816.0A Pending CN112589263A (zh) 2020-12-11 2020-12-11 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

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112589263A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113414889A (zh) * 2021-06-29 2021-09-21 华中科技大学 激光辅助金刚石切削与激光抛光原位复合的方法及装置
CN113500711A (zh) * 2021-06-29 2021-10-15 华中科技大学 一种高精度复合能场辅助切削及光整设备及方法
CN114307201A (zh) * 2022-01-06 2022-04-12 中南大学 一种液体节能高效加热蒸发方法、界面材料及制备方法
CN114473213A (zh) * 2022-03-24 2022-05-13 广东省科学院新材料研究所 一种碳化钨基复合涂层的激光抛光方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101096065A (zh) * 2006-06-28 2008-01-02 希捷科技有限公司 激光珩磨方法
US20140202997A1 (en) * 2013-01-24 2014-07-24 Wisconsin Alumni Research Foundation Reducing surface asperities
CN107225328A (zh) * 2017-04-14 2017-10-03 北京航空航天大学 一种针对金属表面的单步脉冲激光抛光方法
CN107498176A (zh) * 2017-08-02 2017-12-22 中国科学院光电研究院 一种多孔陶瓷的准分子激光抛光及检测方法
CN108326432A (zh) * 2018-03-08 2018-07-27 北京工业大学 一种slm成型tc4合金的激光抛光装置和方法
DE102017208616A1 (de) * 2017-05-22 2018-11-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. Verfahren zur Verringerung der Reibung aneinander gleitender und/oder rollender Flächen
CN109514076A (zh) * 2018-12-18 2019-03-26 北京工业大学 一种皮秒-纳秒激光复合异步抛光陶瓷的工艺方法
CN109693039A (zh) * 2018-12-27 2019-04-30 北京航空航天大学 一种硅片表面激光抛光的方法
CN110614440A (zh) * 2019-08-29 2019-12-27 南京理工大学 一种光学元件co2激光重熔与气化复合抛光方法
CN111331261A (zh) * 2020-03-26 2020-06-26 英诺激光科技股份有限公司 一种超硬材料切割横截面的激光抛光工艺方法及装置
CN111545918A (zh) * 2020-04-30 2020-08-18 北京航空航天大学 焊接或增材修复区域的激光抛光与激光冲击强化制造方法
CN111590207A (zh) * 2020-06-15 2020-08-28 深圳信息职业技术学院 一种激光抛光方法及激光抛光装置

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101096065A (zh) * 2006-06-28 2008-01-02 希捷科技有限公司 激光珩磨方法
US20140202997A1 (en) * 2013-01-24 2014-07-24 Wisconsin Alumni Research Foundation Reducing surface asperities
CN107225328A (zh) * 2017-04-14 2017-10-03 北京航空航天大学 一种针对金属表面的单步脉冲激光抛光方法
DE102017208616A1 (de) * 2017-05-22 2018-11-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. Verfahren zur Verringerung der Reibung aneinander gleitender und/oder rollender Flächen
CN107498176A (zh) * 2017-08-02 2017-12-22 中国科学院光电研究院 一种多孔陶瓷的准分子激光抛光及检测方法
CN108326432A (zh) * 2018-03-08 2018-07-27 北京工业大学 一种slm成型tc4合金的激光抛光装置和方法
CN109514076A (zh) * 2018-12-18 2019-03-26 北京工业大学 一种皮秒-纳秒激光复合异步抛光陶瓷的工艺方法
CN109693039A (zh) * 2018-12-27 2019-04-30 北京航空航天大学 一种硅片表面激光抛光的方法
CN110614440A (zh) * 2019-08-29 2019-12-27 南京理工大学 一种光学元件co2激光重熔与气化复合抛光方法
CN111331261A (zh) * 2020-03-26 2020-06-26 英诺激光科技股份有限公司 一种超硬材料切割横截面的激光抛光工艺方法及装置
CN111545918A (zh) * 2020-04-30 2020-08-18 北京航空航天大学 焊接或增材修复区域的激光抛光与激光冲击强化制造方法
CN111590207A (zh) * 2020-06-15 2020-08-28 深圳信息职业技术学院 一种激光抛光方法及激光抛光装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113414889A (zh) * 2021-06-29 2021-09-21 华中科技大学 激光辅助金刚石切削与激光抛光原位复合的方法及装置
CN113500711A (zh) * 2021-06-29 2021-10-15 华中科技大学 一种高精度复合能场辅助切削及光整设备及方法
CN113500711B (zh) * 2021-06-29 2022-09-13 华中科技大学 一种高精度复合能场辅助切削及光整设备及方法
CN114307201A (zh) * 2022-01-06 2022-04-12 中南大学 一种液体节能高效加热蒸发方法、界面材料及制备方法
CN114307201B (zh) * 2022-01-06 2022-11-08 中南大学 一种液体节能高效加热蒸发方法、界面材料及制备方法
CN114473213A (zh) * 2022-03-24 2022-05-13 广东省科学院新材料研究所 一种碳化钨基复合涂层的激光抛光方法
CN114473213B (zh) * 2022-03-24 2023-05-26 广东省科学院新材料研究所 一种碳化钨基复合涂层的激光抛光方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
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
CN109773340B (zh) 一种针对碳钢表面的激光清洗与抛光复合加工方法
Hanon et al. Experimental and theoretical investigation of the drilling of alumina ceramic using Nd: YAG pulsed laser
Sharma et al. Experimental analysis of Nd-YAG laser cutting of sheet materials–A review
Ahmed et al. Laser ablation and laser-hybrid ablation processes: a review
Azarhoushang et al. Laser-assisted grinding of silicon nitride by picosecond laser
Samant et al. Laser machining of structural ceramics—A review
Puri et al. Modeling and analysis of white layer depth in a wire-cut EDM process through response surface methodology
CA1188747A (en) Method of cutting glass with a laser and an article made therewith
Dumitru et al. Laser processing of hardmetals: Physical basics and applications
CN110773872A (zh) 一种涡轮叶片热障涂层飞秒激光精准化去除方法
Azarhoushang et al. Laser conditioning and structuring of grinding tools–a review
Wang et al. Fabrication of micro-channels on Al2O3/TiC ceramics using picosecond laser induced plasma micromachining
CN109092802A (zh) 一种废旧硬质合金表面涂层的去除方法
CN111375898A (zh) 一种组合激光加工复杂刃口刀具的加工方法
Kibria et al. Investigation into the effect of overlap factors and process parameters on surface roughness and machined depth during micro-turning process with Nd: YAG laser
Lin et al. Precision machining of single crystal diamond cutting tool via picosecond laser irradiation
Wang et al. Study of laser carving three-dimensional structures on ceramics: Quality controlling and mechanisms
US5138130A (en) Laser rough and finish machining of hard materials
JP6980320B2 (ja) ワークのレーザ加工方法及び切削工具の製造方法
Pritam Experimental investigation of laser deep engraving process for AISI 1045 stainless steel by fibre laser
Kovalenko et al. Laser milling of the intractable materials
Li et al. Comparative Study of Laser and Water Jetassisted Laser Surface Processing of SiC.
Wu et al. An experimental investigation of the laser milling process for polycrystalline diamonds
Wang Investigation of the water guided laser micro-jet machining of aero engine components

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