1 广东工业大学机电工程学院, 广东 广州 510006
2 湖南大学激光研究所, 湖南 长沙 410082
以PMMA(有机玻璃)为试件,采用CCD拍摄到CO2激光气化切割前沿的照片。研究焦点位置、切割速度和激光功率对切割前沿形状和前沿深度的影响,并建立激光能量耦合模型。结果表明,由于前沿存在多次反射,使得切割深度增加。正离焦切割时,前沿吸收的总激光功率密度减小,切割深度减小; 负离焦切割时,最大激光功率密度值的位置下移,使得前沿功率密度分布朝着深部推进,切割深度增加,若负离焦量过大,表面光斑直径和光程增加,更深位置的功率密度减小,切割深度减小; 随着激光功率增加、切割速度减小,则前沿弯曲程度减小,被激光直接照射的前沿部位增长,前沿吸收激光功率密度增加,切割深度增加。
激光技术 切割前沿 有机玻璃 弯曲程度 多次反射 理论模型
1 上海海事大学机械系, 上海 200135
2 湖南大学机械系, 湖南 长沙 410082
激光切割相对冲压及线切割工艺具有自由度大、加工效率高、不会影响铁心质量等优点,但由于残渣及切口粗糙问题一定程度上影响了激光切割硅钢片的质量和应用范围。通过采用在工件底部增设辅助侧吹喷嘴,控制熔渣流向,保证成品切割质量激光切割工艺,试验证明,合理控制工艺参量,可获得良好效果。利用有限元法进一步对工件底部气流状况进行了数值模拟,分析了流动过程中在不同的角度和流速下光斑移动和气流场变化的情况,初步确定工件底部侧吹气流以20°吹入的辅助侧吹工艺,为进一步合理控制熔渣流向获得光滑的精细切口提供了实践和理论依据。
激光技术 氧助激光切割 侧吹气流 硅钢片 熔渣
1 广东技术师范学院 机电学院，广州 510635
2 湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙 410082
3 华南理工大学 机械工程学院，广州 510641
为了研究汽车专用高强度镀锌钢板的CO2激光焊接性能，采用侧吹保护气体的方法，进行了大量的焊接试验，并对焊缝进行了显微组织分析和相关的机械性能试验。在试验的基础上，选择了焊接保护气体的种类，分析了热输入工艺参数对材料深熔焊接熔化特性的影响，解决了因锌的蒸发及环境中水分等因素的影响下，在激光焊接时焊缝中易于形成气孔的问题。结果表明，在侧吹保护气体的条件下，激光深熔焊接能有效地避免高强度镀锌钢热影响区的软化和控制焊缝气孔及焊接接头裂纹的产生。
激光技术 激光焊接 高强度镀锌钢 等离子体 接头性能 laser technique laser welding welding zinc coated high strength steel plasma joint performance
1 湖南大学机械与汽车工程学院， 湖南 长沙 410082
2 华南理工大学机械工程学院， 广东 广州 510640
在热电偶标定测试的基础上，通过实验获得了焊缝热影响区的实际热循环曲线。将高温等离子体简化为点热源，薄板焊接时的热源简化为线状热源后，采用叠加原理建立激光焊接高强度镀锌钢热循环的数学模型。对模型进行了解析计算，获得了热影响区的理论热循环曲线。对比研究后认为，热循环数学模型能反应激光深熔焊接的实际热循环过程。焊缝显微组织中存在少量的马氏体的事实表明，激光焊接高强度镀锌钢的热循环特点是加热冷却速度快。
光学设计与制造 激光深熔焊接 高强度镀锌钢 热循环的测定 热源数学模型
1 广东工业大学机电工程学院， 广东 广州 510006
2 湖南大学激光研究所， 湖南 长沙 410082
研究了CO2激光气化切割高吸收率非金属材料的机制。基于实验拍摄的前沿形状和切缝形状，经过理论分析建立了激光气化切割非金属材料的三维能量耦合模型，分析了实际弯曲切割前沿和两壁面对激光的反射和能量吸收过程。前沿和壁面的能量吸收主要决定于入射光束的前三次入射(即两次反射)，前沿本身的多次反射增强了前沿底部的功率密度，而壁面的多次反射增强了前沿中下部位的功率密度。正是由于多次反射的存在，使得整个前沿都有功率密度分布。两切口壁面对入射激光有波导作用，入射激光在左右两壁面之间相互反射，朝着切口深部传输，即所谓的“壁面聚焦效应”(Wall focusing effect)。
光学设计与制造 壁面聚焦效应 CO2激光切割 切割机制 切割前沿 非金属材料 多次反射
湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心, 湖南 长沙 410082
青铜金刚石砂轮具有优良的磨削性能，在初次使用和磨损后必须对其修锐。由于青铜结合剂和金刚石磨粒之间存在热物理、光学性质的差异，可通过选择合适的脉冲激光功率密度去除结合剂，凸出磨粒，实现选择性去除。针对声光调Q YAG脉冲激光修锐青铜金刚石砂轮，建立了适合激光烧蚀青铜结合剂的实际过程的传热与气化动力学模型，运用数值计算模拟出各种激光功率密度下的熔层温度、熔层厚度和烧蚀速率，进而获得激光功率密度与激光烧蚀凹坑深度的关系，并与实验结果进行比较。通过验证表明所建立的模型可以正确描述实际物理过程。
光学设计与制造 激光烧蚀 传热与气化动力学模型 数值模拟 砂轮修锐
1 广东技术师范学院机电系, 广东 广州 510635
2 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 湖南 长沙 410082
3 华南理工大学机械工程学院, 广东 广州 510640
利用CO2激光对汽车车身拼焊板进行了焊接实验,并对焊缝进行了显微组织分析和机械性能分析。采用Ar气作为焊接保护气体,能获得比采用N2气时更好的深冲性能;侧吹保护气体的方法能有效地控制焊缝中的锌含量。研究了焊接熔深和焊缝宽度随激光功率和焊接速度变化的规律。实验结果表明,在优化的工艺参数下,激光焊接车身拼焊板的焊缝中没有出现气孔、裂纹和热影响区(HAZ)软化等缺陷,拼焊板的深冲性能优良;拼焊板的成形性能取决于两种材料的强度比和厚度比, 焊缝易于向高强度镀锌钢板一侧偏移;普通钢板越薄,焊缝的偏移量越大。
激光技术 激光焊接 薄钢板 焊接工艺 锌行为
1 湖南大学现代车身技术教育部重点实验室,湖南 长沙 410082
2 湖南大学激光研究所, 湖南 长沙 410082
利用CO2激光对汽车车身用1.5 mm厚高强度双面镀锌钢进行了大量的焊接实验,对焊缝组织进行了显微组织分析和相关的机械性能实验。从理论上推导了在一定焊接工艺条件下,稳定深熔焊接的下临界功率与焊接速度及焦点位置的关系。在同轴和侧吹保护气体的条件下,通过工艺参数优化,激光深熔焊接可以有效地避免高强度镀锌钢热影响区(HAZ) 的软化现象以及焊缝气孔的有效控制。锌不稳定的急剧气化,使热影响区扩大和焊接稳定性降低,聚焦镜的保护难度加大,采取了有效措施加以控制。实验结果表明,用氮气作为保护气体,在激光功率1300 W,焊接速度0.8～1.1 m/min,焦点位置在工件表面下0.4 mm处时,得到了满意的焊接质量。焊缝的硬度接近母材硬度的2倍。
激光技术 激光深熔焊接 高强度镀锌钢 锌行为 热影响区软化
从激光切割的优点、表面质量内容及其影响因素和激光切割板材表面质量研究进展进行了综述,最后说明了激光切割板材表面质量机理的研究将更加深入和透彻,尤其对于激光切割动态行为和在线监测以及三维切割的研究将倍受重视.
激光切割 板材 表面质量 研究进展
介绍了激光切割金属厚板的过程,分析了存在的主要问题及产生的原因,最后从激光器、聚焦光学系统以及辅助气流的改进等方面介绍了一些激光切割厚板的新技术,为进一步的研究和工业化应用提供了技术参考.
激光切割 金属厚板 影响因子 发展趋势
