Лазерная перфорация отверстий в титановой фольге

Сысоев В.К. (sysoev@laspace.ru), Вятлев П.А.,

Захарченко А.В., Лезвинский К.Л. ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина», г. Химки, Россия

Введение

Применение фильтрующих элементов из высокопористых коррозийно-стойких металлов, таких как титан, обеспечивает высококачественную очистку газовых жидких компонент химического производства. Поэтому изготовление фильтрующих элементов из титана различными методами, включая и лазерную перфорацию отверстий в титановой фольге, является актуальным.

Методы перфорации отверстий в титановой фольге весьма разнообразны и среди них наиболее высококачественным является лазерная перфорация [1-3]. Лазерная перфорация позволяет получать отверстия в широком диапазоне размеров и различных форм самого отверстия. Применение проекционных методов позволяет также увеличить производительность процесса лазерной перфорации. Использование фильтрующих элементов из титана в высокоскоростных потоках химических реагентах предполагает ряд требований к параметрам отверстий: - минимальный разброс геометрических размеров отверстий и отсутствие дефектов на краях отверстий, приводящих к разрушению фильтрующих элементов.

Целью данной работы было исследование применения различного типа лазеров для перфорации отверстий в титановой в фольге марки ВТ 1-0 толщиной 100-200 мкм и диаметром менее 50 мкм.

Экспериментальная установка

Для перфорации отверстий в титановой фольге толщиной 100-300 мкм диаметром 15-50 мкм с шагом 50 мкм была создана установка, состоящая из лазерного излучателя, двухкоординатного стола, оптической системы.

В качестве лазерного излучателя использовались три излучателя с различной длиной волны с примерно одинаковыми импульсными характеристиками, что показано в табл. 1.

Таблица 1.

Параметры лазерных излучателей и коэффициент отражения титановой фольги

Как известно, высококачественная лазерная перфорация отверстий в металле предполагает оптимизацию следующих факторов:

-спектров излучения лазерного излучения и спектра поглощения обрабатываемого металла;

-геометрические размеры отверстий (менее 50 мкм) предполагают использование коротковолновых лазеров;

-теплофизические параметры титана предполагают оптимизацию длительности и формы импульса излучения.

Фотография полученных перфорированных титановых фольг и фото отдельного отверстия показаны на рис.1.

аб

Рис.1. Фотографии отверстий перфорированных эксимерным лазером в титановой фольге (а - ряды отверстий; б - отверстие).

Характеристики полученных отверстий

В рамках данной работы было проведено, прежде всего, измерение энергетических порогов получения одинаковых по геометрии отверстий в титановой фольге толщиной 100 мкм и диаметром 50 мкм в зависимости от типов лазеров.

Как показали данные исследования энергетически выгодно использование коротковолновых лазеров, что вполне объясняется тем, что измеренные авторами коэффициенты отражения соответствуют данным работы [4] у титановой фольги и в области 0,3 мкм вдвое меньше, чем в области 1 мкм, что показано на рис.2.

В данной работе рассматривались отверстия, полученные как моноимпульсным, так и многоимпульсным типом обработки. Полученные

Полученные образцы титановой фольги с перфорированной площадкой 20 х 20 мм после измерений параметров отверстий подвергались гидростатическому испытанию на прочность под давлением.