红外纳秒激光波形对速度切割的影响测试

设计试验数据（见表4-14），选取较好参数进行变功变速测试。根据最佳试验切割效果进行离焦量测试。

根据试验方案所选定的波形及参数，以最大速度进行铝箔切割测试，每个参数切割2 pcs，统计其热影响区、平面毛刺、端面毛刺的平均值。

表4-14　试验方案设计

铝箔最大速度切割测试如表4-15所示。

表4-15　铝箔最大速度切割

续表

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图4-29所示的是不同频率下以最大切割速度进行的铝箔切割测试。

图4-29　不同频率下以最大切割速度进行的铝箔切割测试

从图4-30可以看出，相同单脉冲能量下不同波形对切割速度的影响，在激光功率90%、输出频率1000 kHz、相同单脉冲能量下，不同波形的最大切割速度也有所不同，其切割产生的热影响区和端面毛刺也不同；在相同的单脉冲能量下，随着脉冲宽度的减小，所能达到的最大切割速度也减小，其产生的热影响区和端面毛刺却逐渐增大。不同频率对切割速度的影响参数如表4-16所示。

图4-30　不同切割速度下切割铝箔的形貌

表4-16　不同频率对切割速度的影响参数

由于铝箔切断所需的能量密度较小，因此单脉冲能量对最大切割速度无影响；此时对最大切割速度产生较大影响的为激光输出频率，输出频率越大，所能达到的最大切割速度越大。不同频率下AT9切割工艺如图4-31所示。

图4-31　不同频率下AT9切割工艺(www.xing528.com)

在不同频率下，以最大切割速度进行AT9切割测试，相同单脉冲能量下不同波形会对切割速度产生影响，切割形貌如图4-32所示。

图4-32　不同切割速度下切割铝箔的形貌

对比相同单脉冲能量下不同波形的影响，研究发现随着脉冲宽度的降低其最大切割速度增加，漏金属越来越严重。对比分析端面，在W13号波形下其端面毛刺超出AT9厚度，判定为不合格。

不同频率对切割速度的影响参数如表4-17所示。

只有在中心频率切割时才能取得最大切割速度，采用低频（降低平均功率）或高频（降低单脉冲能量）时其最大切割速度均小于中心频率的最大切割速度。由于试验为测试其最大切割速度，所测数据为最大临界值，其切割边缘参差不齐，表面漏金属较为严重。铜箔最大速度切割测试如图4-33 所示，在W5号波形下，最大切割速度可以达到15000 mm/s。

表4-17　不同频率对切割速度的影响参数

图4-33　铜箔以最大切割速度的切割测试

图4-34所示的是不同波形下铜箔的切割形貌，在相同单脉冲能量下，随着脉宽的降低其切割所能达到的切割速度逐渐增加，正面热影响区也逐渐增加。不同波形下铜箔切割参数如表4-18所示。

图4-34　不同波形下铜箔的切割形貌

表4-18　不同波形下铜箔切割参数

当在高单脉冲能量（长脉宽）波形下，中心频率的切割最大速度相比其他频率下可达到最高；而在短脉宽下随着频率的增加最大切割速度增加。在高频切割时，铜箔切割出现明显光亮熔珠，且切割边缘参差不齐。图4-35所示的是石墨最大速度切割工艺。

图4-35　石墨最大速度切割工艺

图4-36所示的是切割石墨的形貌，在石墨切割过程中，均未出现端面毛刺。激光输出平均功率能影响切割石墨的最大切割速度，在同一波形下随着激光平均功率的增加所能达到的最大切割速度也逐渐增加。在不同波形下，其所能达到的最大切割速度可分为两部分，即高单脉冲能量下的最大切割速度和低单脉冲能量下的最大切割速度；在高单脉冲能量（长脉宽）下的最大切割速度高于低单脉冲能量（短脉宽）下的最大切割速度。

图4-36　切割石墨的形貌

切割铝箔的最大速度受激光平均功率和频率的影响较大，在中心频率之前切割速度随激光功率的增加而增加，在中心频率之后切割速度随着频率的增加而增加，并达到最高值后不再增加；AT9在中心频率时切割速度最大，在中心频率之前单脉冲能量不变，随着平均功率的增加而切割速度增加，在中心频率之后平均功率不变，切割速度随着单脉冲能量的降低而降低；铜箔最大切割速度的变化与AT9 的相似，但铜箔随着单脉冲能量的降低而切割速度的下降趋势更快，这是由于铜箔自身对激光高反引起的；由于石墨对激光的高吸收率，石墨的最高切割速度与铝箔的相似，在达到最大切割速度后不再改变。