基于MOPA标识系统的高质量激光直接标识铝合金的工艺研究

激光直接零部件标识(Laser Direct Part Marking)技术是一种在工业环境中证实可行,可实现高度自动化且绿色环保的标识技术,已经成为工业产品追溯中产品标识的首选手段。本文基于控制灵活、激光参数调节范围更大的MOPA(MOPA,主控振荡器的功率放大器)激光标识设备,按照ISO/IEC TR 29158条码技术标准,开展激光加工参数(如激光峰值功率、激光单脉冲能量、激光功率、填充间隔、扫描速度等)对激光直接标识(Direct Marking,DM)码质量(如条码等级、对比度、打印伸缩等)影响的研究。通过优化激光加工参数,实现了在AL2024材料表面标识高质量DM码的激光标识工艺。

基于1060 nm MOPA激光器直接标识铝合金(2024)的形貌及其机理分析

采用1 060 nm MOPA激光器对铝合金(2024)进行标识。研究了不同功率下DM码的质量等级和对比度,使用扫描电镜(SEM)观察了标识的表面形貌,使用能谱仪分析了标识表面的成分组成。通过SEM分析,得到在DM码质量等级较高的标识表面,材料被熔化、气化、烧蚀,有大量孔洞和颗粒状物质存在,而在DM码质量等级较低的标识表面,材料仅仅被重铸,表面呈波纹状;通过EDS分析,得到在DM码质量等级较高的标识表面,材料中氧元素含量升高,说明熔化、气化的金属发生氧化反应,而在DM码质量等级较低的标识表面,材料中氧元素增加较少,说明在此条件下金属氧化反应较少。对材料的烧蚀阈值进行计算,为试验提供理论指导。

激光直接物标标识铝合金(2024)力学性能的研究

为研究激光直接物标标识技术(laser direct part marking, DPM)对铝合金2024力学性能的影响,对标识后的铝合金2024进行了标识深度测量、显微硬度检测、静力学拉伸和高周疲劳试验。研究结果表明:不同工艺参数下的标识深度相差很大,深度范围5.26~525.7μm;在标识区域会形成重熔区,显微硬度51~62 HV,明显小于材料基体显微硬度值;标识深度会对铝合金2024的抗拉性能和疲劳性能造成影响,在一定标识深度下,标识后的铝合金2024的拉伸性能和疲劳性能满足材料的性能要求。

激光直接物标标识铝合金(2024)工艺参数对表面粗糙度影响的研究

聚焦激光直接物标标识铝合金(2024)工艺中,功率、填充间隔和重复频率等工艺参数对铝合金表面粗糙度的影响,旨在从形貌、产物成分两方面分析工艺参数与粗糙度之间的影响规律。首先采用1060 nm主控振荡器的功率放大激光器(master oscillator power-amplifier,MOPA)对铝合金2024进行标识,然后使用粗糙度检测仪测量不同工艺参数下的标识表面粗糙度值,结果表明,功率、填充间隔和重复频率影响材料表面熔化、气化、重铸程度,导致材料表面出现不同的粗糙度和不同的粗糙度变化规律。采用数码显微系统观测标识区域表面形貌,采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了标识区域表面的化学成分,结果表明,不同的工艺参数造成标识表面熔化、气化、重铸程度会有明显差异,因而表面形貌和产物不同,影响标识表面粗糙度值。

基于正交试验的激光标识工艺研究

采用1060 nm光纤打标机在2024铝合金表面进行方形标识,主要研究扫描速度、填充间隔、激光平均功率等工艺参数对铝合金材料表面标识效果的影响。基于正交试验的方法,根据3因素5水平正交表设计激光加工的工艺参数,利用色差仪和超景深三维显微镜对激光标识效果的色差和表面形貌粗糙度进行测量。试验结果表明,激光标识时扫描轨迹的重叠率和光斑重叠率是影响色差的主要因素,激光标识时材料吸收激光的能量大小和热影响是影响粗糙度的主要因素。经过正交极差优化后的最佳参数组合为扫描速度V=644 mm/s,填充间隔F=0.028 mm,激光功率P=15 W,最终标识效果为表面粗糙度为1.5μm,色差为9.41 NBS。