6061鋁水導(dǎo)激光加工工藝參數(shù)優(yōu)化研究

曹治赫,喬紅超,趙吉賓

(1.中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所,遼寧 沈陽 110179；2.中國科學(xué)院機(jī)器人與智能制造創(chuàng)新研究院,遼寧 沈陽110179)

1 引 言

激光加工技術(shù)以其高效率、高精度、高加工自由度、高環(huán)境友好度等優(yōu)勢(shì)在醫(yī)療、能源、航空、航天等領(lǐng)域都有非常廣泛的應(yīng)用。但隨著相關(guān)領(lǐng)域的高速發(fā)展,加工零件對(duì)低表面粗糙度、低熱影響區(qū)及大深寬比結(jié)構(gòu)加工提出了更嚴(yán)格的要求[1]。傳統(tǒng)激光的材料加工大部分基于激光的熱效應(yīng),加工過程工件材料會(huì)吸收加工熱量,不可避免地產(chǎn)生一定厚度的熱影響區(qū)[2]。以心血管支架為例,傳統(tǒng)激光加工的能量會(huì)在材料表面形成幾微米厚的熱影響區(qū),對(duì)心血管支架的使用性能有一定影響[3]。

水導(dǎo)激光加工技術(shù)是一種以穩(wěn)定水射流為能量載體的復(fù)合激光加工技術(shù),相較于傳統(tǒng)激光加工的優(yōu)勢(shì)[4]主要有:無加工熱影響區(qū)、加工表面質(zhì)量高、可用加工距離長、可加工大深寬比結(jié)構(gòu)。由于水射流是激光的載體,加工過程中水射流一直在對(duì)加工區(qū)域進(jìn)行冷卻與沖刷,避免產(chǎn)生熱影響區(qū)的同時(shí),也及時(shí)帶走加工碎屑,防止加工碎屑二次附著,進(jìn)而提高加工區(qū)域的表面質(zhì)量。激光被限制在水射流內(nèi)部并保持極高的能量密度,整段穩(wěn)定的水射流都可以用于材料的去除,適用于大深寬比結(jié)構(gòu)的加工。

自1993年Richerzhagen開展水射流-激光加工技術(shù)研究并于瑞士成立從事水導(dǎo)激光技術(shù)(Laser Microjet)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的SYNOVA公司以來,該技術(shù)在加工性能方面的優(yōu)越性就吸引了國內(nèi)外學(xué)者開展大量的理論與實(shí)驗(yàn)研究。Spiegel[5]對(duì)激光在水射流中傳播過程中的拉曼散射現(xiàn)象開展了研究,發(fā)現(xiàn)水射流對(duì)低功率激光有較高的透過率,而且當(dāng)激光功率較高時(shí),水射流中的激光能量密度隨水射流長度方向有較大變化。Li[6]等使用不同的運(yùn)動(dòng)速度對(duì)硅片進(jìn)行了水導(dǎo)激光劃槽加工,并對(duì)高速與低速下溝槽的截面形狀及崩邊情況進(jìn)行了對(duì)比。Adelmann[7]等對(duì)多種材料開展了水導(dǎo)激光刻槽加工,研究了激光功率及加工次數(shù)對(duì)加工溝槽深度的影響趨勢(shì),并實(shí)現(xiàn)了深寬比1:66的深溝槽的加工。Porter[8]等研究了不同運(yùn)動(dòng)速度、加工角度及加工頭懸空距離情況下薄片材料的加工區(qū)形貌,但是由于薄片材料在加工過程中的震動(dòng),部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果可參考性不高?，F(xiàn)有的研究僅對(duì)水導(dǎo)激光加工的部分工藝參數(shù)開展了工藝試驗(yàn),且對(duì)加工區(qū)域的質(zhì)量評(píng)價(jià)仍停留在表面質(zhì)量,目前確少水導(dǎo)激光加工關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)加工區(qū)域質(zhì)量影響的系統(tǒng)性研究。

本文使用自研的水導(dǎo)激光微結(jié)構(gòu)加工設(shè)備對(duì)6061鋁進(jìn)行了包括激光功率、激光重復(fù)頻率、進(jìn)給速度、加工次數(shù)在內(nèi)多個(gè)參數(shù)的多因素影響實(shí)驗(yàn),使用金相顯微鏡對(duì)加工溝槽的截面形狀及金相組織狀態(tài)進(jìn)行了系統(tǒng)性分析與研究。通過對(duì)加工區(qū)的觀測(cè)與分析,發(fā)現(xiàn)較高的激光功率、較低的激光重復(fù)頻率、較低的進(jìn)給速度以及多次加工有利于形成大深寬比的溝槽結(jié)構(gòu),并提出了加工大深寬比低錐度結(jié)構(gòu)的工藝參數(shù)優(yōu)化方法。在本文所有工藝參數(shù)下,加工區(qū)域均無熱影響區(qū),表明了水導(dǎo)激光加工技術(shù)在低熱影響區(qū)大深徑比結(jié)構(gòu)加工方面的巨大潛力。

2 基本原理

水導(dǎo)激光加工技術(shù)是一種先進(jìn)的激光加工技術(shù),利用激光在水與空氣的界面上發(fā)生全反射的現(xiàn)象,將激光約束在直徑幾十微米的微細(xì)水射流中,水射流內(nèi)保持極高的激光能量密度,可以輕易實(shí)現(xiàn)材料的去除,其基本原理如圖1所示。壓力水經(jīng)由高壓泵產(chǎn)生后進(jìn)入耦合腔內(nèi)部,并從直徑幾十微米的噴嘴微孔中噴出,調(diào)整水壓與噴嘴微孔直徑匹配時(shí),水射流會(huì)出現(xiàn)縮流現(xiàn)象[8],形成外形十分穩(wěn)定的水射流。由激光器發(fā)出的脈沖激光經(jīng)過擴(kuò)束、聚焦系統(tǒng)后照射進(jìn)耦合腔內(nèi),調(diào)整聚焦激光的束腰位置與噴嘴小孔重合,激光就可以照射進(jìn)水射流內(nèi)部。當(dāng)選擇合適的聚焦鏡焦距時(shí),耦合進(jìn)水射流的激光在水射流-空氣界面上的入射角會(huì)超過全反射角,這樣激光會(huì)在水射流-空氣界面上不斷發(fā)生全反射,并隨水射流向前傳播。由于激光一直被約束在直徑幾十微米的水射流中,水射流中的激光能量密度與激光束腰位置處相近,因此整段穩(wěn)定的水射流都可以用于材料的去除。激光束腰與噴嘴孔的耦合位置關(guān)系對(duì)水射流中的能量分布有一定影響,當(dāng)激光束腰與噴嘴孔從完全對(duì)中調(diào)整至稍有偏離時(shí),水射流中的能量分布從中心部分能量較高的狀態(tài)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榻凭鶆虻姆植糩9]。此外,由于水射流的沖刷與冷卻作用,水射流可以將激光加工產(chǎn)生的熱量與加工碎屑及時(shí)帶走,避免了激光熱作用產(chǎn)生熱影響區(qū),同時(shí)還可以防止熔融碎屑二次凝固降低加工表面質(zhì)量。

圖1 水導(dǎo)激光加工技術(shù)基本原理

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用了自研的水導(dǎo)激光加工設(shè)備,該設(shè)備主要由激光器、激光-水射流耦合模塊、三軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)及壓力水裝置組成。激光源為平均輸出功率30 W的倍頻Nd∶YAG激光器,激光重復(fù)頻率最高為150 kHz。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景,激光-水射流耦合模塊可以產(chǎn)生直徑80～40 μm的激光水射流用于微結(jié)構(gòu)的加工。三軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)行程為120 mm×120 mm×100 mm,重復(fù)定位精度±5 μm,激光-水射流耦合模塊固定在Z軸上,工件被固定在二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上。三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)數(shù)字控制系統(tǒng)可以使三維工作臺(tái)進(jìn)行二維或三維的直線及圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng),通過編制一系列運(yùn)動(dòng)控制方案,可以實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的加工軌跡。壓力水裝置主要由凈水裝置、水泵、穩(wěn)壓器、調(diào)壓閥與溢流閥組成,可以將凈化后的水加壓到合適壓力并保持壓力的高精度穩(wěn)定性,最終形成高穩(wěn)定性的水射流。

實(shí)驗(yàn)當(dāng)中使用的樣件為厚度1.5 mm的6061鋁板,水導(dǎo)激光加工設(shè)備使用的水射流噴嘴小孔直徑為70 μm,產(chǎn)生的激光水射流直徑約57 μm。為了研究不同工藝參數(shù)對(duì)切槽質(zhì)量的影響,開展多工藝參數(shù)多因素影響實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1所示,切槽多因素影響實(shí)驗(yàn)布置如圖2所示,同組內(nèi)溝槽間距為2 mm。完成不同工藝參數(shù)下的切槽實(shí)驗(yàn)后,對(duì)應(yīng)的樣件小塊使用水導(dǎo)激光加工設(shè)備整塊切下,如虛線所示。為了觀察切槽的截面質(zhì)量與熱影響區(qū)情況,將樣件小塊通過鑲樣機(jī)進(jìn)行鑲樣,依次使用800#、1000#、2000#、5000#砂紙對(duì)樣件進(jìn)行打磨后,使用拋光墊配合W1.5及W1的金剛石研磨膏進(jìn)行拋光。完成拋光后使用氫氟酸:硫酸:清水按照1∶2∶17配置腐蝕液并對(duì)樣件進(jìn)行金相腐蝕,腐蝕完成后使用OLYMPUS GX51光學(xué)顯微鏡進(jìn)行切槽截面形狀與加工熱影響區(qū)觀測(cè)。

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

圖2 工藝參數(shù)多因素影響實(shí)驗(yàn)樣件布置

對(duì)溝槽截面形狀進(jìn)行評(píng)估的參數(shù)主要有溝槽寬度、溝槽深度、溝槽深寬比及溝槽側(cè)壁錐度,其中溝槽深寬比為溝槽深度與溝槽寬度的比值。由于部分溝槽上半部分較為豎直而底部有較明顯的錐角,使用深寬比不能充分地反映溝槽側(cè)壁的錐角狀態(tài),所以添加了溝槽側(cè)壁錐度這一評(píng)價(jià)參數(shù),溝槽側(cè)壁錐度定義為溝槽上半較為平直部分的兩側(cè)壁面與豎直方向夾角的平均值。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

4.1 激光功率影響

激光平均功率對(duì)切槽截面形貌的影響如圖3所示。從左到右,激光平均功率分別為5 W、6 W、7 W、8 W、9 W,激光重復(fù)頻率40 kHz,切槽移動(dòng)速度1 mm/s，加工次數(shù)1，在其余工藝參數(shù)保持不變時(shí),隨著激光平均功率的增加,溝槽的深度與深寬比也隨之增加,同時(shí)溝槽寬度幾乎保持不變。同時(shí)也可以注意到,當(dāng)激光功率較小時(shí),溝槽截面為明晰的倒三角狀,當(dāng)激光功率增大后,倒三角部分下移,溝槽上方逐漸開始出現(xiàn)接近豎直的部分。這是因?yàn)榧す夤β侍岣吆?單個(gè)激光脈沖的能量提高,激光投影在溝槽側(cè)壁的能量密度也進(jìn)一步提高,造成溝槽側(cè)壁的進(jìn)一步材料去除,最終使得溝槽側(cè)壁出現(xiàn)接近豎直的部分。

圖3 激光功率的影響

激光功率對(duì)溝槽深寬比及側(cè)壁錐度的影響趨勢(shì)如圖4所示,提高激光功率有利于得到深寬比更大、側(cè)壁更豎直的溝槽。特別對(duì)于厚度小于0.3 mm的薄板材料,采用較大的激光功率只需一次加工即可獲得側(cè)壁更為豎直的斷面。圖5所示為使用不同激光功率進(jìn)行切槽加工后的金屬組織金相圖,在500倍放大視場(chǎng)下仍未發(fā)現(xiàn)金屬組織熱影響區(qū)的存在。

圖4 激光功率對(duì)溝槽截面狀態(tài)的影響

圖5 500倍視場(chǎng)下的水導(dǎo)激光加工溝槽附近金相圖

4.2 激光重復(fù)頻率影響

激光重復(fù)頻率變化對(duì)切槽截面形狀的影響如圖6所示。從左至右,激光重復(fù)頻率分別為40、50、60、70、80 kHz,激光功率9 W，切槽移動(dòng)速度1 mm/s,加工次數(shù)1次，可以發(fā)現(xiàn),在其余工藝參數(shù)保持不變時(shí),隨著激光重復(fù)頻率的升高,溝槽寬度稍微減小,溝槽深度與深寬比迅速減小,溝槽側(cè)壁也由較為豎直的側(cè)壁面逐漸變?yōu)槊黠@的倒三角形。這是由于在激光平均功率不變的前提下,激光重復(fù)頻率的升高會(huì)造成激光單脈沖能量的降低。而激光單脈沖能量的降低會(huì)導(dǎo)致投影在樣件表面的激光能量密度降低,進(jìn)而造成溝槽的深度變小。另一方面,單脈沖能量變小也會(huì)使投影在溝槽側(cè)壁面的激光能量密度下降,最終造成溝槽側(cè)壁面呈現(xiàn)較為明顯的三角形。

圖6 激光重復(fù)頻率的影響

圖7所示為激光重復(fù)頻率變化對(duì)溝槽深寬比及側(cè)壁錐度變化的影響趨勢(shì),可以發(fā)現(xiàn)采用較低的激光重復(fù)頻率可以得到較大深寬比、側(cè)壁更為豎直的溝槽結(jié)構(gòu)。圖8所示分別為激光重復(fù)頻率40 kHz及80 kHz時(shí)溝槽結(jié)構(gòu)附近的金相組織觀察結(jié)果,在500×放大視場(chǎng)下未觀察到熱影響區(qū)的存在。

圖7 激光重復(fù)頻率對(duì)溝槽截面狀態(tài)的影響

圖8 500倍視場(chǎng)下的水導(dǎo)激光加工溝槽附近金相圖

4.3 進(jìn)給速度影響

水導(dǎo)激光加工頭進(jìn)給速度對(duì)切槽截面形貌的影響如圖9所示。從左至右,加工頭進(jìn)給速度分別為0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mm/s,激光功率9 W,激光重復(fù)頻率40 kHz,加工次數(shù)1次，從圖中可以發(fā)現(xiàn),在其余工藝參數(shù)保持不變時(shí),隨著進(jìn)給速度的增大,溝槽寬度幾乎不變,溝槽側(cè)壁面錐度沒有明顯變化,同時(shí)溝槽的深度與深寬比逐漸減小。這是由于進(jìn)給速度增大后,單位面積材料受到激光照射時(shí)間變短,因而單位面積材料被脈沖激光照射到的次數(shù)變少,由于溝槽深度與被激光照射次數(shù)有較大關(guān)系,這就導(dǎo)致溝槽的深度與深寬比變小。另一方面,進(jìn)給速度對(duì)激光單脈沖能量沒有影響,因此單個(gè)激光脈沖下溝槽側(cè)壁所承受的投影方向激光能量密度幾乎沒有變化,因此溝槽側(cè)壁面的錐度也沒有明顯的變化。

圖9 進(jìn)給速度的影響

進(jìn)給速度對(duì)溝槽深寬比及側(cè)壁錐度的影響趨勢(shì)如圖10所示,在溝槽加工中提高進(jìn)給速度會(huì)造成溝槽的深寬比下降,但是進(jìn)給速度的變化對(duì)形成側(cè)壁更加豎直的溝槽結(jié)構(gòu)沒有明顯作用。對(duì)于較薄的板材,可以使用較低的進(jìn)給速度實(shí)現(xiàn)一次切斷加工,而對(duì)于較厚的材料的加工則需要結(jié)合材料去除效率選擇合適的進(jìn)給速度并通過多次加工實(shí)現(xiàn)大深寬比結(jié)構(gòu)加工。在500×放大視場(chǎng)下使用金相顯微鏡對(duì)加工溝槽附近的金相組織進(jìn)行觀察,如圖11所示,同樣未發(fā)現(xiàn)加工區(qū)域附近有金相組織結(jié)構(gòu)的變化。

圖10 樣件進(jìn)給速度對(duì)溝槽截面狀態(tài)的影響

圖11 500倍視場(chǎng)下的水導(dǎo)激光加工溝槽附近金相圖

4.4 加工次數(shù)的影響

水導(dǎo)激光加工溝槽的次數(shù)對(duì)截面形貌的影響如圖12所示,從左至右溝槽的加工次數(shù)分別為1、2、3、4、5次，激光功率9 W,激光重復(fù)頻率40 kHz,切槽移動(dòng)速度1 mm/s?？梢园l(fā)現(xiàn),在其余工藝參數(shù)保持不變時(shí),隨著加工次數(shù)的增多,溝槽寬度緩慢增大,同時(shí)溝槽深度先是快速增大,隨后增大的趨勢(shì)減緩,可以預(yù)見隨著加工次數(shù)的增多,溝槽深度最終將趨近一個(gè)穩(wěn)定值。此外,在加工次數(shù)較少時(shí),溝槽截面在深度方向上呈現(xiàn)明顯的段狀結(jié)構(gòu),如圖中紅線所示。在前3次加工中,水導(dǎo)激光束依次形成了較為明顯的3段加工區(qū)域,從第4次加工開始,加工段被逐漸下移,同時(shí)加工段之間的界限變得模糊,最終在第5次加工時(shí)得到了側(cè)壁呈現(xiàn)近乎平面的溝槽結(jié)構(gòu)?？梢灶A(yù)見,當(dāng)溝槽側(cè)壁完全變成平面后,溝槽的深度也不再增加。

圖12 加工次數(shù)的影響

如圖13所示,隨著加工次數(shù)的增多,溝槽的深寬比增大,溝槽側(cè)壁也變得更加豎直,因此可以使用多次加工的方法來實(shí)現(xiàn)大深寬比結(jié)構(gòu)的加工。也可以觀察到,由于多次加工造成溝槽寬度緩慢增大,溝槽的深寬比在深度趨近穩(wěn)定值后隨加工次數(shù)增多反而開始下降。此外,在多次加工的溝槽附近也同樣未觀察到熱影響區(qū)的存在,500×放大視場(chǎng)下的溝槽附近金相結(jié)構(gòu)如圖14所示。

圖13 樣件加工次數(shù)對(duì)溝槽截面狀態(tài)的影響

圖14 500倍視場(chǎng)下的水導(dǎo)激光加工溝槽附近金相圖

4.5 工藝參數(shù)優(yōu)化方法討論

圖15所示為工藝試驗(yàn)中相同工藝參數(shù)下的溝槽截面形貌對(duì)比,可以發(fā)現(xiàn)溝槽的寬度、深度及截面形狀都十分相似。圖16所示為這些溝槽在寬度、深度、深寬比、側(cè)壁錐度等溝槽截面評(píng)估參數(shù)方面的誤差分析數(shù)據(jù)。圖中的誤差數(shù)據(jù)可以體現(xiàn)通過工藝試驗(yàn)得出的工藝規(guī)律的準(zhǔn)確性,也體現(xiàn)了所使用的水導(dǎo)激光加工設(shè)備的穩(wěn)定性水平。

圖15 相同工藝參數(shù)下截面形貌對(duì)比

圖16 相同工藝參數(shù)下溝槽截面評(píng)估參數(shù)誤差分析

根據(jù)工藝參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果,較高的激光功率與較低的激光重復(fù)頻率可以得到側(cè)壁更豎直的大深寬比溝槽,而較低的進(jìn)給速度可以產(chǎn)生更大深寬比的溝槽,但是對(duì)于提高溝槽側(cè)壁豎直程度貢獻(xiàn)有限。因此,對(duì)于較薄的板材,使用重復(fù)頻率較低的大功率的激光只需一次加工就可以完成側(cè)壁豎直的切斷加工,在激光功率有限的情況下,也可以使用較低的進(jìn)給速度獲得較深的加工深度。但是對(duì)于厚度較大的結(jié)構(gòu)加工,就需要進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù)并對(duì)加工路徑進(jìn)行合理的規(guī)劃。對(duì)圖12進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn),在大深寬比結(jié)構(gòu)的加工過程中,當(dāng)加工次數(shù)較少時(shí),第二加工段的溝槽寬度比第一加工段要小,第三加工段溝槽寬度也小于第二加工段。這是因?yàn)闇喜鄣撞颗c側(cè)壁對(duì)應(yīng)的錐度不同,導(dǎo)致激光照射在溝槽底部產(chǎn)生的能量密度高于側(cè)壁,從而在溝槽底部產(chǎn)生寬度較小的第二加工段,如圖17(a)、(b)所示。為此,想要增大后續(xù)加工段的寬度就需要產(chǎn)生側(cè)壁盡可能豎直的截面形貌,即提高激光能量,適當(dāng)降低激光重復(fù)頻率。此外,在進(jìn)行溝槽的第一道加工時(shí),溝槽的截面形貌也會(huì)受到激光水射流中激光能量密度分布的影響,調(diào)整激光與水射流的耦合狀態(tài)可以改變激光在水射流中的能量分布[9],進(jìn)而產(chǎn)生能量分布較為均勻的激光水射流[10],有利于形成底部平坦側(cè)壁豎直的溝槽結(jié)構(gòu)。

圖17 溝槽側(cè)壁所受激光功率密度與溝槽形狀演化

另一方面,當(dāng)溝槽的加工次數(shù)足夠多時(shí),溝槽側(cè)壁會(huì)逐漸變得平坦,溝槽截面呈現(xiàn)尖三角狀,如圖12及圖17(c)所示。通過對(duì)圖12及圖17中溝槽形成過程的分析,提出水導(dǎo)激光加工溝槽最終能夠達(dá)到的深寬比預(yù)測(cè)模型如下。對(duì)于采用納秒激光的水導(dǎo)激光加工來說,材料去除狀態(tài)與垂直于材料方向接受的激光能量密度相關(guān),如式(1)所示,Pw為激光投影在垂直于材料表面方向上的能量,溝槽側(cè)壁錐角α為激光方向與材料法向的夾角,Pl為水射流內(nèi)的激光能量。在溝槽的多次加工過程中,當(dāng)側(cè)壁錐角α小于一定值時(shí),激光投影在溝槽側(cè)壁的能量密度Pw大于材料去除能量閾值為P0的部分會(huì)產(chǎn)生材料的去除。由于材料的進(jìn)一步去除,側(cè)壁錐角α隨之增大,當(dāng)錐角α超過臨界值后,激光投影在溝槽側(cè)壁的能量密度Pw等于材料去除能量閾值P0,此后不再有材料去除,溝槽結(jié)構(gòu)不會(huì)再改變,如圖17(c)所示。根據(jù)式(1),錐角α的臨界值與激光能量Pl及材料的激光去除能量密度P0有關(guān),因此對(duì)于同一種材料,增大激光能量可以最終形成側(cè)壁更垂直的溝槽結(jié)構(gòu)。

Pw=Plcosα

(1)

此外,當(dāng)要加工的溝槽足夠深時(shí),溝槽截面形狀也受到溝槽中水射流流動(dòng)狀態(tài)的影響,因此適當(dāng)進(jìn)行加工軌跡的規(guī)劃,增寬溝槽的寬度,也有利于提高溝槽中水射流的流動(dòng)狀態(tài),得到截面形狀更優(yōu)的大深寬比結(jié)構(gòu)。

5 結(jié) 論

本文利用自研的水導(dǎo)激光微結(jié)構(gòu)加工設(shè)備對(duì)6061鋁開展了包括激光功率、激光重復(fù)頻率、進(jìn)給速度、加工次數(shù)在內(nèi)的多個(gè)關(guān)鍵工藝參數(shù)的多因素影響實(shí)驗(yàn),并使用金相顯微鏡對(duì)加工溝槽截面形狀與熱影響區(qū)分布情況進(jìn)行了系統(tǒng)性的分析。得到結(jié)論如下:

(1)水導(dǎo)激光加工溝槽寬度主要受到激光重復(fù)頻率的影響；較高的激光功率、較低的激光重復(fù)頻率有利于形成側(cè)壁垂直的溝槽；較高的激光功率、較低的激光重復(fù)頻率、較低的進(jìn)給速度以及多次加工有利于形成大深寬比的溝槽結(jié)構(gòu)。

(2)使用金相顯微鏡對(duì)加工溝槽的截面進(jìn)行了觀察,在所有的工藝參數(shù)狀態(tài)下均未發(fā)現(xiàn)熱影響區(qū),表明了水導(dǎo)激光加工技術(shù)無熱影響區(qū)的優(yōu)勢(shì)。

(3)提出了進(jìn)行大深寬比結(jié)構(gòu)水導(dǎo)激光加工的工藝參數(shù)優(yōu)化方法:提高激光能量,適當(dāng)降低激光重復(fù)頻率,選擇較低進(jìn)給速度,并進(jìn)行多次重復(fù)加工。