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激光開孔厚壁不銹鋼管

激光開孔是最早達到實用化的激光加工技術，也是激光加工的主要應用領域之一。其與機械鉆孔等傳統開孔工藝相比具有顯著的優點，目前激光開孔應用在不銹鋼材料上開孔，例如厚壁不銹鋼管。近年來，隨著激光開孔設備技術的不斷進步，使得激光開孔技術的研究日益廣泛，并取得了很大進展。

同一般光相比，激光具有高強度、高方向性、高單色性和高相干性的特點。將這種具有所謂“四高”特點的激光經過透鏡聚焦，形成很小的光點——焦點。在焦點處的功率密度高達10^7~10^9W/cm2，在激光焦點處被照射材料上形成上萬攝氏度的高溫。在這樣高的溫度下，材料被熔化或氣化升華，而脈沖固體激光器輸出的脈沖激光波形脈沖寬度只有0.3~0.5毫秒，在這期間材料的氣化物夾帶著熔化物噴濺而出，同時伴隨著爆炸和沖擊，于是在厚壁不銹鋼管上形成孔洞，即激光開孔。

激光開孔的過程是一個激光和物質相互作用的熱物理過程，激光和工件相互作用，存在許多不同的能量轉換過程，包括反射、吸收、汽化、再輻射和熱擴散等。

激光開孔分為復制法和輪廓迂回法。復制法包括單脈沖打孔和多脈沖打孔。加工深孔時經常采用多脈沖打孔，用多個低能脈沖打深孔，比用單個高能脈沖更有效，多脈沖打孔可使孔的錐度小，輪廓清晰，打孔時應通過改變脈寬來控制孔的錐度，減小等離子體屏蔽。

而且可使厚壁不銹鋼管上能量的橫向擴散減至最小，并且有助于控制孔的大小和形狀。毫秒級的脈沖寬度可以使足夠的熱量沿著孔的軸向擴散，而不被材料的表面吸收。但多脈沖打孔的缺點就是多脈沖激光打孔過程存在著多于脈沖對已形成通孔的孔壁之間的作用。因為材料被打通以后，多余的脈沖繼續作用，這個階段的激光脈沖可以進一步擴大孔徑，但是激光脈沖大部分能量已經可以自由通過小孔，激光對材料的作用大大減弱。

輪廓迂回法包括回轉法、套料法以及螺旋打孔。加工表面形狀有激光束和厚壁不銹鋼管相對位移的軌跡決定。在加工較大孔徑的孔時，一般采用輪廓迂回法，可以采用回轉法及套料法加工。這是由于加工較大孔徑的小孔，需要激光能量大，激光多模輸出，若工件不旋轉，脈沖打入工件，由于激光束不穩定，強度分布不均勻，每次脈沖汽化情況也無規律，因此孔就不圓整。而采用回轉技術可以彌補這一缺陷，使光強在孔道中的分布比較均勻。

用激光開孔厚壁不銹鋼管，可以獲得高質量、大深徑比的孔洞，而且任何材質都可以開孔，另外，由于激光開孔過程與厚壁不銹鋼管不接觸，因此加工出來的不銹鋼管清潔，無污染。因為這種開孔是一種蒸發型的、非接觸的加工過程，它消除了常規熱絲穿孔和機械穿孔帶來的殘渣，因而十分衛生。而且激光加工時間短，對被加工的材料氧化、變形、熱影響區均較小。