一种水射流激光复合多道切割陶瓷的方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及激光的应用领域，尤其是一种水射流激光复合多道切割陶瓷的方法。
【背景技术】：
[0002] 水射流激光复合切割技术是在传统激光加工基础上引入低压射流，低压水射流与 激光束同时到达工件，冲蚀区域稍滞后于激光加工位置。激光诱导目标体熔化和蒸发，水射 流带走烧蚀的熔渣，同时水射流也起到冷却加工工件的作用。与传统激光加工相比，水射流 引导激光加工的加工表面干净，没有熔渣堆积，热影响区较小。但是，在进行厚板陶瓷激光 切割时还存在切缝太深，难以一次性清除熔渣，重铸层、裂纹等质量问题提升不明显等。 [0003] 激光多道切割技术是采用激光重复多次扫描同一路径，每道只去除预定深度的材 料（小于工件厚度），直至工件切穿。其优点在于每道切割时输入能量较低，对激光输出功 率要求低，热载荷低于传统激光切割，热损伤较少，更适合于厚陶瓷切割。但材料去除率受 输出功率限制，其切割效率要低于传统激光单道切割。对于具有熔点的陶瓷（如Al 2O3和 ZrO2)，材料去除方式主要是基于熔融材料喷射。采用多道切割技术加工该类陶瓷时，熔融 材料重凝可能导致切缝堵塞，进而降低后续切割质量和效率。
【发明内容】
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[0004] 为了解决上述生产技术中的厚陶瓷切割产生的影响产品加工质量的裂纹和重铸 层现象，以及加工效率过低的缺点，本发明提供一种水射流激光复合多道切割陶瓷的方法， 从而有效的避免在产品表面产生的熔渣堆积和重铸层现象，同时减少了激光多道切割的走 刀次数，大大提高了加工表面的质量和加工效率。
[0005] 为达到所述目的，在传统激光多道切割基础上引入低压水射流激光复合切割技 术，切割工序的全程伴随着低压水射流对切割区域进行冲刷，为控制熔渣排除方向，提高熔 渣排除率，设置水射流冲蚀角度为10°~35°。切割时，首先采用一定的激光能量El在材 料上进行第一刀切割，获得一个〇. 3d~0. 6d (d为陶瓷板厚度）深的切槽，此切槽主要起排 肩作用。然后保持水射流等其他参数不变，提高激光能量并在原切割轨迹上进行二次切割， 此次切割为切断切割。两次走刀后切割边界相互叠加或相接，即完成陶瓷材料的分离。所 述方法可使多道切割的走刀次数控制在2刀，不仅提高切割质量，而且降低了走刀次数。
[0006] 本发明公开一种水射流激光复合多道切割陶瓷的方法，通过以下技术方案实现：
[0007] SI.低压水射流后置于激光束1~2mm，并将水射流倾斜，使得激光束和水射流同 时作用于待加工基板，射流压力小于l〇bar，水流速度为8~22m/s，靶距为350mm ;
[0008] S2.调节激光器获得一定激光能量E1，将聚焦后的激光束与后置水射流沿预定切 割轨迹进行一次复合切割，获得一个深度dl的切槽，激光扫描速度0. 6mm~1.0 mm/s ;
[0009] S3调节激光器获得一定激光能量E2 (E2 > El)，其他工艺参数不做改变；
[0010] S4沿步骤S2中走刀轨迹进行二次切割，切割边界相互叠加或相接，完成陶瓷的无 损分离。
[0011] 在整个切割过程中，切割部位吹入0. 1~0. 5Mpa辅助气体，吹走水汽和凝固的熔 融材料；辅助气体为压缩空气，以氧助熔融切割为主要方式完成厚陶瓷切断。
[0012] 在本发明所述的水射流激光复合多道切割陶瓷的方法中，所述陶瓷基板厚度不宜 过小，最好为0. 5~15mm ;
[0013] 在本发明所述的水射流激光复合多道切割陶瓷的方法中，所述走刀次数为2次；
[0014] 在本发明所述的水射流激光复合多道切割陶瓷的方法中，所述方法切割陶瓷时， 切割走刀方式为原轨迹重复走刀。
[0015] 在本发明所述的水射流激光复合多道切割陶瓷的方法中，为降低切缝锥度，提高 切割质量，所述第一刀切割深度为〇. 3d~0. 6d(d为陶瓷板厚度）；
[0016] 在本发明所述的水射流激光复合多道切割陶瓷的方法中，引入水射流来冲蚀熔 渣和冷却陶瓷基板，为使熔渣以与切割相反方向排除，所述水射流与激光束之间角度为 10。~35° ;
[0017] 本发明基本原理是：在陶瓷的激光多道切割过程中使用低压水射流对切割面进行 冲蚀，冲走熔渣并降低热影响区；选择合理的第一刀激光能量可以有效切割预定深度，并提 高每次切割的冲蚀效率，而且合理的参数也有助于降低多道切割中常见的边缘塌陷与切缝 锥度过大等问题。
[0018] 实施本发明的一种水射流激光复合多道切割陶瓷的方法，具有以下有益的效果：
[0019] 1.本发明方法合理，操作简便，同时低压水射流的装置成本低；
[0020] 2.本发明与传统激光多道切割方法相比，引入低压水射流系统，利用水射流降低 热影响区和冲蚀熔渣，可以有效解决厚陶瓷多道切割过程中存在的裂纹和熔渣堵塞切缝问 题，提高了厚陶瓷的切割质量；
[0021] 3.本发明中，先使用一定的激光功率进行第一次走刀，然后提高激光能量切割第 二刀，控制总的走刀次数为2次。一方面，与传统激光多道切割相比，切割效率百倍提升，另 一方面降低了边缘塌陷、切缝锥度等问题，为陶瓷的切割提供了一种新的选择。
【附图说明】：
[0022] 图1为本发明实施的一种水射流激光复合多道切割陶瓷方法的第一刀切割示意 图；
[0023] 图2为本发明实施的一种水射流激光复合多道切割陶瓷方法的第二刀切割示意 图；
[0024] 图3为本发明实施的一种水射流激光复合多道切割厚陶瓷方法的流程图；
[0025] 图4为普通水射流激光复合切割工件表面实体显微照片；
[0026] 图5为实施例1的水射流激光复合多道切割工件表面实体显微照片；
[0027] 附图标记：
[0028] LAl2O3陶瓷板，2.激光束与同轴辅助气体，3.水射流，4.工作台移动方向，5.熔 渣，6.第一刀切缝内壁，7.第二刀切缝内壁。
【具体实施方式】：
[0029] 为详细说明本发明的技术内容、