[发明专利]提高高反射金属表面激光吸收率的方法

说明书

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。