基于热流密度控制的激光无损伤切割玻璃研究  

Research on Glass Non-Destructive Laser Cutting Based on Heat Flux Density Control

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作  者:李家豪 刘瑶 张慧云[1,2] 叶林征 Li Jiahao;Liu Yao;Zhang Huiyun;Ye Linzheng(College of Mechanical Engineering,North University of China,Taiyuan 030051,Shanxi,China;Shanxi Provincial Key Laboratory for Advanced Manufacturing Technology,North University of China,Taiyuan 030051,Shanxi,China)

机构地区:[1]中北大学机械工程学院,山西太原030051 [2]中北大学先进制造技术山西省重点实验室,山西太原030051

出  处:《应用激光》2025年第2期123-131,共9页Applied Laser

基  金:山西省2023年度重大专项“揭榜挂帅”项目(202301150401007);太原市关键核心技术攻关“揭榜挂帅”项目(2024TYJB0128)。

摘  要:利用激光热效应在玻璃内部产生热应力可以实现切割,但高温会造成材料烧蚀或热裂纹等缺陷。使用ABAQUS软件,分析激光诱导热裂切割过程中的温度分布情况以及不同激光参数对热流密度(HTL)的影响规律,探究不同HTL值对切割断面的烧蚀情况、表面形貌、粗糙度和平整度的影响,确定玻璃的无损伤切割阈值区间。结果表明:当HTL低于14.5 J/cm^(3)时,激光能量不足使裂纹完全扩展;在14.5~307.2 J/cm^(3)区间内,玻璃样品的切割断面和表面光滑、平整且无损伤;当HTL超过307.2 J/cm^(3)时,切割断面开始出现明显的热损伤、烧蚀和切割边缘崩裂的现象。通过调控激光切割玻璃的热流密度,可以实现玻璃的无损切割。Laser thermal effects can cut glass by inducing stress,but high temperatures may lead to burns or thermal cracks.This paper employs ABAQUS to study temperature distribution and heat time-integral flux(HTL)influence during laser induced thermal-crack propagation(LITP),examining how HTL impacts ablation,surface morphology,roughness,and straightness to establish a threshold for undamaged cuts.The results indicate that:when the HTL is lower than 14.5 J/cm^(3),the laser energy is not sufficient to cut the glass effectively;in the interval of 14.5307.2 J/cm^(3),the cut cross-section and the surface of the glass samples are smooth,straight,and damage-free;when the HTL is higher than 307.2 J/cm^(3),the cut cross-section starts to show obvious thermal damage,ablation,and chipping of the cut edges.

关 键 词:激光切割玻璃 烧蚀 热流密度 热损伤 

分 类 号:TN249[电子电信—物理电子学]

 

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