T/SDMI 0046-2026 微射流水导激光加工机

　　ICS 25.120.99 CCS J59

　　团 体 标 准

　　T/SDMI 0046—2026

　　微射流水导激光加工机

　　Micro-jet water guide laser processing machine

　　2026- 02- 01实施

　　2 0 2 6 - 0 2 - 0 1 发 布

　　

　　山东省机械工业协会 发 布

　　T/SDMI 0046—2026

　　前 言

　　本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由济南多维光电设备有限公司提出。

　　本文件由山东省机械工业协会归口。

　　本文件起草单位：济南多维光电设备有限公司、山东沃镭数控机械有限公司、山东好焊智能装备有 限公司、山东劳动职业技术学院、浙江佛尔泰智能设备有限公司。

　　本文件主要起草人：黄国兵、邓安杰、寇涛、胡佳君、吉翔、徐建华。

　　T/SDMI 0046—2026

　　微射流水导激光加工机

　　1 范围

　　本文件规定了微射流水导激光加工机的术语和定义、分类、技术要求、试验方法、检验规则、标志、 包装、运输与贮存。

　　本文件适用于金属、碳纤维、陶瓷材料及半导体材料切割及刻蚀的微射流水导激光加工机(以下简 称“设备”)。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件， 仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本 文件。

　　GB/T 191 包装储运图示标志

　　GB 2894 安全标志及其使用导则

　　GB/T 5226.1 机械电气安全机械电气设备第1部分：通用技术条件

　　GB/T 10320 激光设备和设施的电气安全

　　GB/T 17421.2 机床检验通则第2部分：数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定

　　GB/T 26599.1 激光和激光相关设备激光光束宽度、发散角和光束传输比的试验方法第1部分：无 像散和简单像散光束

　　GB/T 32831 高能激光光束质量评价与测试方法

　　GB/T 50034 建筑照明设计标准

　　JB/T 12632 光纤激光器

　　3 术语与定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　微射流 micro jet

　　通过超高压(310MPa)驱动流体流经微孔通道形成高速射流的技术，可实现纳米颗粒分散、乳液均质 和材料精密加工。

　　3. 2

　　水导激光water-jet guided laser

　　利用全反射原理将激光束耦合至高压水束中，通过稳定水柱传导至加工区域的激光加工。 3.3

　　喷嘴寿命 nozzle life

　　水导激光加工系统在正常工作条件下，可形成有效层流的喷嘴持续工作时间。

　　工

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　　3.4

　　喷嘴直径

　　nozzle diameter

　　用于形成层流的部件的最小尺寸。

　　3.5

　　热影响区 heat affected zone

　　加工过程中因热扩散导致材料金相组织或物理性能发生变化的区域。

　　4 分 类

　　4.1水导激光加工系统分类

　　水导激光加工系统分类见表1。

　　表 1 系统分类

　　分类维度

　　类别名称

　　技术参数/说明

　　按激光脉宽

　　连续波(CW)系统

　　连续激光输出

　　脉冲系统

　　脉冲激光输出

　　按应用领域

　　半导体加工系统

　　适用于硅、碳化硅、砷化镓、金刚石、 CVD等半导体材料加工

　　医疗器械精密切割系统

　　适用于钛合金、不锈钢等植入物加工

　　航空航天部件加工系统

　　适用于碳纤维、高温合金、陶瓷基复合 材料等部件加工

　　其他加工系统

　　以上未涉及的材料加工

　　按波长

　　红外激光

　　1064nm~1080nm

　　绿光激光

　　515nm～550rm

　　4.2设备组成

　　设备至少有以下模块组成，见表2。

　　表2设备组成

　　模块

　　核心要求

　　激光发生器

　　功率波动不大于±2%(连续工作8h);

　　光束发散角(光纤输出半角)不大于85mrad;

　　光纤规格为纤芯直径14μm～400μm

　　水循环系统

　　水质：电阻率不小于18MΩ/cm(25℃)的去离子水; 水压输出控制精度：±0.1MPa

　　光-水耦合模块

　　激光耦合效率不小于85%;

　　喷嘴直径30μm~100μm;

　　输出水压：10MPa~60MPa;

　　有效水光纤稳定长度：10mm～100mm

　　安全防护装置

　　符合Class 4激光防护等级要求;

　　2

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　　模块

　　核心要求

　　配备水压、温度实时监测及紧急停机装置

　　5 技术要求

　　5.1一般要求

　　设备设计、制造及运行应满足下列要求：

　　a) 材料与部件控制：系统所用金属材料及外购光学元器件，入厂时应经检验部门复检;

　　b) 电气可靠性：按GB/T 5226.1和GB/T 10320的要求设计，系统在上电、掉电、重启的电源瞬变 时不应误动作，控制信号误差应在±0.1%范围之内;

　　c) 通信接口：采用千兆以太网电接口或光纤接口，通信协议支持EtherCAT/Profinet;

　　d) 软件管理：控制软件应具备版本追溯功能，支持远程安全升级;

　　f) 直流电源：伺服驱动器供电电压DC24V, 允许偏差±5%;

　　g) 交流电源：按GB/T 5226.1的规定，主系统供电AC(220±5%)V, 频率50Hz±1Hz, 接地电阻 不大于4Ω。

　　5.2环境条件

　　设备布置环境应满足下列要求：

　　a) 温度：工作温度15℃~30℃,存储温度-10℃~50℃;

　　b) 湿度：相对湿度30%～70%无冷凝;

　　c) 振动：地基振幅不大于2μm, 避免光学元件失准;

　　d) 光照：按GB/T 50034的规定执行，无直射光干扰光学路径，操作区照度不小于500Lux。

　　5.3外观与结构

　　5.3.1设备布局应按设计图样和JB/T 12632的规定执行。

　　5.3.2设备标识应符合GB 2894的规定，运动轴应标明轴号 (X/Y/Z/A) 及方向箭头，急停按钮应红色 标识;

　　5.3.3设备外壳无划伤变形，加工面表面粗糙度不大于Ra1.6μm。

　　5.3.4连接螺栓预紧扭矩误差应不大于设计要求的5%。

　　5.4微射流

　　5.4.1微射流系统应保持稳定的层流状态，雷诺数Re 值范围1000～1800(临界值2000)。

　　5.4.2水质应符合以下要求：悬浮物含量不应大于10mg/L, 颗粒物直径不应大于1μm。

　　5.4.3根据设备加工需求，水流流量应可调节，宜为5L/min~20L/min, 具体应与喷嘴直径匹配。

　　5.4.4水压应控制在0.5MPa～2.0MPa。

　　5.4.5水纯净度应达到电子级水标准，电阻率不小于10MΩ/cm(25℃), 总有机碳(TOC) 不应大于50 μg/L, 微生物含量不应大于10CFU/mL。

　　5.4.6水的电导率不应大于5μs/cm(25℃)。

　　5.5辅助气体

　　5.5.1氮气、氩气等辅助气体的气压应与射流速度及加工需求匹配，宜为0.3MPa～0.8MPa。

　　5.5.2辅助气体流量应与气压协同调节，确保气体有效覆盖加工区域且不破坏射流稳定性，宜为5L/min~ 20L/min。

　　5.5.3辅助气体应使用高纯度工业气体：

　　3

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　　——氮气：纯度不应小于99.99%,氧含量不应大于50ppm, 水含量不应大于50mg/m³;

　　——氩气：纯度不应小于99.5%,水含量不应大于100mg/m³;

　　——特殊加工应使用超纯气体：纯度不应小于99.999%。

　　5.5.4设备使用后的废水应经处理达标后排放，按地方环保规定执行。

　　5.6安全性能

　　5.6.1设备激光安全应符合GB/T10320的规定。防护等级应符合GB7247.1规定，互锁装置响应时间不大于 50ms。

　　5.6.2设备应配备激光保护窗或屏蔽装置，避免激光辐射对操作人员的伤害。

　　5.6.3设备电气系统应符合GB/T 5226.1的规定。

　　5.6.4设备应配备液冷或风冷系统，确保激光器及其他关键部件在工作过程中温度稳定，避免过热引发 性能下降或故障。

　　5.6.5冷却系统应保证激光器在最大功率下连续运行100h不发生过热。

　　5.6.6水密封性应符合GB/T 13927规定的额定压力下泄漏量不大于0.1mL/min要求。

　　5.6.7触发后激光/水压切断时间不大于100ms。

　　5.7复位和暂停功能

　　5.7.1设备应具有复位功能，使系统回到物理零点，实现系统的归零动作。

　　5.7.2设备应具有暂停功能，暂停当前正在运行的任务，暂停后可进行复位或继续运行操作。

　　5.7.3设备应具有急停按钮，且醒目标识，紧急情况下实现拍停。

　　5.7.4可启动、暂停、复位当前任务。

　　5.8控制系统

　　5.8.1支持切割、打标等多种激光加工模式。

　　5.8.2具备高精度运动控制能力，支持X、Y、Z轴的精确定位。

　　5.8.3具有实时监控和故障诊断功能，能够实时反馈系统状态并采取必要措施。

　　5.8.4激光脉冲发射时刻与水束稳定建立时刻的精准协同，确保激光能量高效耦合入水束并作用于加工 区域，避免因时序错位导致的能量损耗或加工精度下降。

　　5.8.5激光脉冲发射时刻与水束稳定建立时刻的时间差不应大于1ms, 以确保激光能量高效耦合入水束 并保证加工精度。

　　5.8.6水束中断时激光自动关闭，响应时间不应大于5ms。

　　5.8.7支持X/Y/Z 直线轴+旋转轴(如AC、BC等)五轴协同路径规划

　　5.8.8拐角加工速度自适应调整，过冲量不应大于2μm。

　　5.9空运转

　　6.2.1应对设备进行不少于连续6h 空运转试验。

　　6.2.2各工作机构和系统运转应正确、平稳、可靠。各紧固件及管道联接处不应松动。

　　6.2.3气动、水冷和润滑系统不应有渗漏现象，调节机构应灵敏、可靠。各仪表和指示器显示正确。

　　6.2.4轴承座处及液压油箱处最高温度不大于50℃,温升不大于20K。

　　6.2.5空运转噪声声压级不大于70dB(A)。

　　6 技术性能

　　4

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　　6.1 微射流水导激光系统性能

　　6.1.1射流应保持连续、无断裂的稳定状态。在设备连续运行100h内，射流断裂频率不应大于1次/h( 单 次断裂时间不应大于0.1s); 射流横向波动幅度(相对于中心轴线)不应大于喷嘴直径的10%。

　　6.1.2设备性能指标在额定工作条件下应满足表3的规定。

　　表3设备精度与性能指标

　　序号

　　性能参数

　　技术要求

　　适用条件

　　1

　　激光头快速移动速度

　　300mm/s

　　空载下

　　2

　　激光头工作移动速度

　　10mm/s~50mm/s

　　空载下

　　3

　　激光头工作移动定位精度

　　0.002mm

　　每300mm

　　4

　　激光头工作移动重复定位精度

　　0.001mm

　　每300mm

　　5

　　最大加工范围

　　长×宽×高

　　1000mm×600mm×350mm

　　6

　　切割/刻蚀精度

　　±5μm

　　加工厚度≥5mm

　　7

　　热影响区

　　金属材料：≤10μm

　　陶瓷材料：≤3μm

　　脉宽≥1ns

　　8

　　加工表面粗糙度

　　≤Ra0.8μm(金属) ≤Ra1.2μm(陶瓷)

　　切割速度≤10mm/s

　　9

　　激光波长

　　紫外光≥355nm

　　可见光≥532nm

　　近红外光≥1064nm

　　常态下

　　10

　　激光输出功率

　　10W～500W

　　常态下

　　11

　　射流长度

　　≥50mm

　　普通加工

　　≥80mm

　　高精度加工

　　12

　　射流大小

　　射流直径应与喷嘴直径偏差±5% 射流横截面圆度≥0.95

　　常态下

　　13

　　光束质量

　　因子M²≤20

　　常态下

　　14

　　光束发散角

　　≤1mrad

　　远场

　　15

　　喷嘴直径

　　偏差±5%

　　范围为20μm~500μm

　　16

　　激光脉冲宽度

　　≥200ns

　　微加工

　　7 试验方法

　　7.1 激光波长

　　使用光谱分析仪或激光波长计进行测试，将设备输出的激光束导入光谱分析仪，通过仪器测量并记 录激光的中心波长，测试结果应符合6.1.2中规定的可调范围。

　　7.2 激光输出功率

　　使用激光功率计对设备的输出激光功率进行测试。

　　7.3 射流稳定性

　　5

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　　使用高速摄像机(帧率≥1000fps) 对射流进行连续拍摄，记录运行100h内的射流状态。通过图像 分析软件统计断裂次数及每次断裂持续时间;同时测量射流中心轴线与喷嘴出口中心的横向偏移量，计 算波动幅度是否符合要求。

　　7.4 射流长度

　　采用光学测距仪(精度≤0.1mm) 垂直对准射流路径，测量喷嘴出口至射流断裂点的直线距离。测 试时设备运行在额定功率和水压下，重复测量3次取平均值。

　　7.5 射流大小

　　使用激光测径仪(精度≤1μm) 在射流稳定段(距喷嘴出口10mm～20mm处)测量射流直径，重复测 量5次取平均值;通过高速摄像机拍摄射流横截面图像，利用图像处理软件计算圆度。

　　7.6 光束质量

　　试验方法应按GB/T 32831的规定执行。

　　7.7 光束发散角

　　试验方法应按GB/T 26599.1的规定执行。

　　7.8 喷嘴直径

　　利用显微镜或光斑测量仪对设备的喷嘴直径进行测量。

　　7.9 激光脉冲宽度

　　使用示波器或高速采样设备对激光脉冲宽度进行测试。

　　7.10 激光功率稳定性

　　在设备连续运行状态下，使用温度传感器和激光功率计等设备对设备的温度波动和激光输出稳定性

　　进行测试。

　　7.11 温控系统

　　通过监测冷却系统的进出口温度和流量，验证冷却系统的功率和温控范围是否符合要求。同时，进 行连续运行测试，确保激光器在最大功率下连续运行100h不发生过热。

　　7.12 噪声

　　在设备运行时，在设备四周使用声级计在距离设备物理表面1m, 高1.5m处测量噪声值，测量四个点 的平均值。

　　7.13 响应时间

　　电子计时器测量。

　　7.1.14 温度温升

　　在设备主传动轴承座处及液压油箱处使用点温计或电子测温计测量。

　　7.1.15 定位精度和重复定位精度

　　试验方法应按GB/T 17421.2的规定执行。

　　6

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　　7.1.16 移动速度

　　使用秒表和直尺或位移传感器测量。

　　7.1.17 切割/刻蚀精度

　　使用三坐标测量仪检测。

　　8 检验规则

　　8.1 检验分类

　　检验应分为出厂检验和型式检验。

　　8.2 检验项目

　　检验项目应符合表1的规定。

　　表 1 检验项目

　　序号

　　项目

　　出厂检验

　　型式检验

　　1

　　外观

　　√

　　√

　　2

　　激光头快速移动速度

　　√

　　√

　　3

　　激光头工作移动速度

　　√

　　√

　　4

　　激光头工作移动定位精度

　　√

　　√

　　5

　　激光头工作移动重复定位精度

　　√

　　√

　　6

　　切割/刻蚀精度

　　√

　　√

　　7

　　激光波长

　　√

　　8

　　激光输出功率

　　9

　　射流稳定性

　　一

　　10

　　射流长度

　　一

　　11

　　光束质量

　　一

　　12

　　光束发散角

　　一

　　13

　　喷嘴直径

　　√

　　14

　　激光脉冲宽度

　　一

　　15

　　设备稳定性

　　一

　　16

　　冷却与散热

　　一

　　17

　　噪声

　　一

　　√

　　注：“ √”表示检验项目;“-”表示不检验项目

　　8.3 出厂检验

　　出厂检验项目应符合表1的规定，经检验全部合格，并出具出厂检验合格证。

　　8.4 型式检验

　　7

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　　型式检验项目应符合表1规定，有下列情况之一时，应进行型式检验：

　　a) 新产品或老产品转场生产的试制定型鉴定时;

　　b) 正常生产，每年检验一次;

　　c) 设计、工艺、配方有改变可能影响产品质量时;

　　d) 停产1年后，恢复生产时;

　　e) 出厂检验结果与上次型式检验结果有较大差异时。

　　8.5 判定规则

　　所有检验项目符合本文件规定时，判定为合格;若任意一项检验项目不合格，允许对不合格项目进 行返工，返工后重新抽样检验，若仍不合格则判定该批次不合格。

　　9 标志、包装、运输与贮存

　　9.1 标志

　　9.1.1 设备应在明显位置标注以下信息：

　　a) 设备名称和型号;

　　b) 制造商名称和地址;

　　c) 生产日期和出厂编号;

　　d) 激光安全标志和警告信息;

　　e) 电气安全标志和警示语。

　　9.1.2 包装标志：包装箱外表面上，应按GB/T 191规定做图示标志。

　　9.2 包装

　　9.2.1 设备应采用适当的包装材料进行包装，以防止在运输和贮存过程中受到损坏。包装材料应具有 足够的强度和抗冲击能力，并应防潮、防尘、防震。

　　9.2.2 包装内部应使用海绵垫、气泡袋等缓冲材料对设备进行细致包裹，以防止在运输过程中发生移 位或碰撞。

　　9.2.3 控制装置应单独包装。

　　9.3 运输

　　激光器作为高精密设备，在运输过程中应特别注意防震措施。运输车辆应具有良好的封闭性、平整 度和结构稳定性，以避免设备在运输中受到撞击或损坏。

　　9.4 贮存

　　设备应贮存在温度10℃~45℃,湿度30%RH～60%RH的干燥通风的环境中。

　　8