【技术实现步骤摘要】
一种飞秒激光烧蚀复合材料槽宽预测方法
[0001]本专利技术涉及复合材料的特种加工领域,尤其涉及一种飞秒激光烧蚀复合材料槽宽预测方法。
技术介绍
[0002]颗粒增强复合材料(RB
‑
SiC、SiCp/AI)和纤维增强复合材料(CFRP、Cf/SiC、SiCf/SiC)等复合材料,具有密度低、强度高、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等优点,在航空航天及其他高温条件使用领域具有广泛的应用潜力。由于复合材料的增强相和基体相物理化学性能差异明显,在加工中存在加工质量差、加工效率低以及工艺稳定性差等问题,进而制约了这类材料的更广泛使用,使得高精度低损伤加工成为其必须解决的关键技术之一。
[0003]超快激光加工在难加工领域有着举足轻重的作用,由于其极高的峰值能量和超短的时间尺度,被广泛的应用于各种难加工材料。与其他加工方式相比,超快激光由于在超短的时间内,释放极大的能量,在热量扩散到未处理区域之前,材料将被超快激光消融,这使得冷加工成为可能。因此其加工的可控性和加工后的材料表面能得到极大的提升。
[0004]然而在复合材料加工领域,由于其各相异性和各向异性,通过仿真和理论计算不易得出宽度和深度,多采用实验方法进行确定,导致加工质量难以保证,使得超快激光的加工可控性大大降低。在公开号为CN112059407A的专利中提出的一种基于深度学习的皮秒超快激光加工系统及方法,为了提高加工可控性选择了被动检测,利用检测器实时监测加工表面,利用人工智能深度学习能力做出调整。但是这是被动检测方法,无法主动控制激光加工
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种飞秒激光烧蚀复合材料槽宽预测方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤S1,进行复合材料的飞秒激光烧蚀实验,获得材料的烧蚀阈值F
th
;步骤S2,建立激光划槽烧蚀模型,模型微元区内一点积累的总能量密度F
w
达到材料的烧蚀阈值F
th
,材料发生烧蚀;步骤S3,进行激光不同扫描速率下的划槽烧蚀实验,得到不同激光扫描速率v与孵化系数之间的对应关系,根据得到的扫描速度与孵化系数的关系,在选定激光扫描速率v和能量E
p
后,选择出对应的孵化系数k,进而预测出划槽烧蚀的宽度d
a
。2.根据权利要求1所述的飞秒激光烧蚀复合材料槽宽预测方法,其特征在于,步骤S1具体包括如下步骤:进行不同激光能量的单点烧蚀实验,在测量点烧蚀坑洞半径时,同一参数烧蚀3个烧蚀坑,每个烧蚀坑测量3次,9个数值的平均值为点烧蚀坑洞的烧蚀直径D,烧蚀半径通过r=D/2计算得到;实验采用的高斯光束,其横截面内的能量密度F分布公式和峰值能量密度F0公式如下:公式如下:式中F0表示激光的峰值能量密度,x表示距离光束中心的距离,ω表示激光半径,E
p
为激光能量;根据式(1)、(2),可得单脉冲能量与烧蚀半径的数学关系,公式如下:利用实验得到的数据和式(3)进行散点图绘制并做线性拟合,利用斜率和截距计算材料的烧蚀阈值F
th
。3.根据权利要求1或2所述的飞秒激光烧蚀复合材料槽宽预测方法,其特征在于,所述步骤S2中建立的激光划槽烧蚀模型包括直线和圆环划槽烧蚀,其中的圆环烧蚀微元等效为直线烧蚀微元,基于选定激光的作用区间l
x
计算激光烧蚀微元区的总脉冲数n,利用激光能量分布规律计算所述激光总能量密度F
w
。4.根据权利要求3所述的飞秒激光烧蚀复合材料槽宽预测方法,其特征在于,利用激光能量分布规律计算所述激光总能量密度F
w
具体为:针对直线和圆环槽,选定激光烧蚀微元区域,再根据...
【专利技术属性】
技术研发人员:康仁科,马广义,焦荣哲,杨峰,鲍岩,董志刚,
申请(专利权)人:大连理工大学,
类型:发明
国别省市:
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