(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210855889.6 (22)申请日 2022.07.21 (71)申请人 长沙理工大 学 地址 410114 湖南省长 沙市天心区万家丽 南路二段96 0号 (72)发明人 张宇轩　张明军　邹江林　仝永刚　 程波　王开明　毛聪　 (51)Int.Cl. B23K 26/352(2014.01) B23K 26/60(2014.01) B23K 26/70(2014.01) B22F 10/80(2021.01) B22F 10/28(2021.01) B33Y 50/00(2015.01) (54)发明名称 一种获取激光-金属作用小孔壁面微观形貌 的方法与装置 (57)摘要 本发明涉及一种获取激光 ‑金属作用小孔壁 面微观形貌的方法与装置， 其特征在于： 步骤1： 提供待加工 材料并进行预处理； 步骤2： 提供低温 环境系统； 步骤3： 提供激光加工系统； 步骤4： 将 待加工材料置于可调加工平台， 然后放入工作 舱， 关闭舱门； 步骤5： 启动低温环境系统， 当工作 舱内温度达到设定值， 启动激光加工系统； 步骤 6： 加工完成后， 关闭激光加工系统， 关闭低温环 境系统； 步骤7： 当工作舱内温度达到室温， 将试 样取出， 采用光学显微镜观察激光与金属作用小 孔壁面形貌。 本发明设计专门低温环境系统， 改 善激光与金属材料作用过程的散热效果， 从而获 得激光与金属作用小孔壁面真实形态， 为准确分 析激光与金属作用过程中能量耦合吸收提供保 障。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 115091051 A 2022.09.23 CN 115091051 A 1.一种获取激光 ‑金属作用小孔 壁面微观形貌的方法， 包括如下步骤： 步骤1:提供待加工材 料， 对待加工材 料进行预处理； 步骤2:提供低温环境系统， 低温环境系统包括工作舱、 冷却舱、 液氮罐、 液氮入口、 热电 偶、 激光透射窗口、 可调加工平台； 步骤3:提供激光加工系统， 激光加工系统包括 光纤激光器、 传输光纤、 激光加工 头； 步骤4:将待加工材 料置于可调加工平台， 然后放入工作舱， 关闭舱门； 步骤5:启动低温环境系统， 液氮罐中液氮经液氮入口进入冷却舱， 当工作舱内温度达 到设定值， 启动激光加工系统， 激光加工头输出聚焦激光束， 辐照待加工材料上表面， 并沿 加工方向移动； 步骤6:加工 完成后， 关闭激光加工系统， 关闭低温环境系统； 步骤7:当工作舱内温度达到室温， 将试样取出， 采用光学显微镜观察激光与金属作用 小孔壁面形貌。 2.根据权力要求1所述的一种获取激光 ‑金属作用小孔壁面微观形貌的方法， 其特征在 于， 步骤5中， 工作舱内温度设定值T为 ‑50~0℃。 3.根据权力要求1所述的一种获取激光 ‑金属作用小孔壁面微观形貌的方法， 其特征在 于， 步骤5中， 激光束与代加工材 料表面的角度α 为75~90°。 4.根据权力要求1所述的一种获取激光 ‑金属作用小孔壁面微观形貌的方法， 其特征在 于， 在步骤5中， 激光束维持时间t为0~300 ms。 5.根据权力要求1所述的一种获取激光 ‑金属作用小孔壁面微观形貌的方法， 其特征在 于， 激光功率 为2~10 kW， 激光扫描速度为0.5~15 m/min。 6.一种获取激光 ‑金属作用小孔壁面微观形貌的装置， 其特征在于， 包括激光加工系 统， 低温环境系统， 控制柜， 光学显微镜。 所述激光加工系统包括光纤激光器、 传输光纤、 激 光加工头。 所述低温环境系统包括工作舱、 冷却舱、 液氮罐、 液氮入口、 热电偶、 激光透射窗 口、 可调加工平台。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115091051 A 2一种获取激光 ‑金属作用小孔壁面微观形貌的方 法与装置 技术领域 [0001]本发明涉及激光加工领域， 尤其涉及一种 获取激光 ‑金属作用小孔壁面微观形貌 的方法与装置 。 背景技术 [0002]小孔效应是激光深 熔焊接模式的本质特征， 也是金属激光增材制造过程中常见的 特征。 小孔的形成将会极大地促进工件材料对激光的吸收效果， 进入小孔的激光能量几乎 被全部吸收， 在小孔的侧壁和底部产生剧烈的蒸发， 小孔依靠材料汽化压力与 表面张力、 熔 化金属静态压力之间的压力平衡而存在。 小孔壁面是激光束能量耦合吸收的重要区域， 直 接影响激光加工过程稳定性。 [0003]但是， 小孔只存在于熔融的液态金属中， 随着熔池金属的凝固， 小孔也随之消失， 因此难以监测出小孔的形状和尺寸。 现有 方法主要 是采用X射线透射系统获得小孔形状， 但 小孔壁面形貌尚不能获得。 此外， 建立金属与 玻璃的复合接头 （即 “三明治”方法） 在特定条 件下可以获得小孔 壁面形貌， 普适 性较差。 发明内容 [0004]本发明针对激光与金属作用时小孔壁面形貌难以准确获得的问题， 提出一种获取 激光‑金属作用小孔 壁面微观形貌的方法与装置 。 [0005]本发明提供一种获取激光 ‑金属作用小孔 壁面微观形貌的方法， 包括以下步骤。 [0006]步骤1： 提供待加工材 料， 对待加工材 料进行预处理。 [0007]步骤2： 提供低温环境系统， 低温环境系统包括工作舱、 冷却舱、 液氮罐、 液氮入口、 热电偶、 激光透射窗口、 可调加工平台。 [0008]步骤3： 提供激光加工系统， 激光加工系统包括光纤激光器、 传输光纤、 激光加工 头。 [0009]步骤4： 将待加工材 料置于可调加工平台， 然后放入工作舱， 关闭舱门。 [0010]步骤5： 启动低温环境系统， 液氮罐中液氮经液氮入口进入冷却舱， 当工作舱内温 度达到设定值， 启动激光加工系统， 激光加工头输出聚焦激光束， 辐照待加工材料上表面， 并沿加工方向移动。 [0011]步骤6： 加工 完成后， 关闭激光加工系统， 关闭低温环境系统。 [0012]步骤7： 当工作舱内温度达到室温， 将试样取出， 采用光学显微镜观察激光与金属 作用小孔 壁面形貌。 [0013]进一步地， 在步骤1中， 待加工材 料可以是铝合金、 碳钢 、 不锈钢、 镁合金等。 [0014]进一步地， 待加工材 料可以是板材或粉末。 [0015]进一步地， 在步骤2中， 可调加工平台包括载物 平台、 可调移动底座。 [0016]进一步地， 在步骤5中， 工作舱内温度设定值T为 ‑50~0℃。 [0017]进一步地， 在步骤5中， 激光束与代加工材 料表面的角度α 为75~90°。说　明　书 1/3 页 3 CN 115091051 A 3