激光熔覆熔凝过程监测是激光熔覆层质量控制的方法之一。采用基模激光，以类似预置粉末的方式，在一定的工艺条件下对45#钢样件表面激光熔覆Ni60，并采用光电管传感器对此实验条件下熔覆再熔凝过程中产生的等离子体特征信号之一光信号进行检测，并分析了激光功率、扫描速度与等离子体蓝紫光信号强度的关系以及蓝紫光信号强度与熔覆层质量的关系。实验结果表明，在此实验条件下光强信号随激光功率增大而增大，但幅度不大。在激光功率未达到某特定值时，激光功率不变，扫描速度增加光强减小；当激光功率达到或超过此值后，激光功率一定时光强信号随着扫描速度的增加而增大；当光强信号处于1.7~2.5 μW/cm2间且波动幅度较小时熔覆层质量好。分析表明当激光功率突破阈值后，扫描速度增加熔深变浅，用于材料气化的能量增加，因此蓝紫光强度增大。
激光技术 等离子体 蓝紫光 实时监测
为了揭示熔覆时产生的蓝紫光信号与熔覆表面质量的关系, 采用UV-420对熔覆产生的蓝紫光信号强度进行实时检测, 取得了不同扫描速率与激光功率条件下, 蓝紫光信号的强度值。经实验研究与理论分析可得, 蓝紫光强度相对稳定在1.7μW/cm2~2.5μW/cm2时, 熔覆表面质量相对比较好; 同时证明了熔覆时的等离子体主要来源于熔覆粉末的气化击穿。结果表明, 蓝紫光信号强度的大小, 在一定程度上能够反映熔覆表面质量的好坏, 且能够为熔覆的闭环反馈控制提供具有参考价值的相关参量。
激光技术 蓝紫光强度 等离子体 熔覆表面质量 laser technique blue-violet light intensity plasma quality of laser cladding surface
中国科学技术大学电子工程与信息科学系, 安徽 合肥 230026
提出了一种新型双波长掺铒光纤环形腔激光器。使用可调滤波器改变两束激光的波长差,采用由窄带滤波器和Mach-Zehnder梳状滤波器组成的多重滤波的方式来选择工作频率或者工作模式,有效地抑制相邻纵模之间的跳模现象。利用偏振烧孔效应和激光反向传播的特点大大增强了增益介质的非均匀加宽特性。实验结果表明,得到的单频单纵模双波长激光器的波长间隔可调谐范围为0.019～15 nm;两束激光的拍频信号的频率差调节至472.5 MHz时,在100 Hz～3 GHz范围内只有一个拍频信号。
激光器 掺铒光纤双波长激光器 偏振烧孔 波长间隔可调 单频单纵模
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
以氧为辅助气体的激光切割工艺切割不锈钢等特种钢板时容易产生挂渣现象,因此大多采用高压高纯度氮气或惰性气体辅助激光切割不锈钢。在对熔渣形成原因及规律进行实验研究的前提下,提出了仍以氧辅助切割以降低激光切割功率,通过在工件底部加设旋风除渣器,形成旋转气流控制熔渣流向以去除熔渣的方法。实验证明,当同轴辅助切割气体为氧气,气体压力降低为300 kPa,旋转气流引导装置气体压力为100 kPa,激光功率为500 W,模式为TEM01,焦点位于0.5 mm厚硅钢片工件上表面,切割速度为3 m/min时,可获得光滑的高质量切口。
激光技术 激光切割 旋转气流 硅钢 熔渣
1 上海海事大学机械系,上海 200135
2 清华大学机械工程系,北京 100084
利用3 kW高功率CO2激光器,通过改变保护气体流量和流动方向,对2 mm厚的A5083铝合金薄板进行了焊接实验研究。研究发现,小孔的稳定存在取决于保护气体对等离子体云的抑制效果,而侧吹保护气体对等离子体云的抑制效果主要取决于所形成的气流方向,从而影响焊接熔化特性。利用有限元法对激光焊接时保护气体在小孔内部和表面气流状况进行了数值模拟,通过对不同焊接条件下模拟形成的小孔气动扰流的气流场和压力分布云图的分析,解释了采用逆向侧吹保护气体吹除等离子体的方法,可以更有效地抑制等离子体云的产生,防止小孔塌陷,有利于维持小孔的稳定性。
激光技术 CO2激光 焊接 保护气流 等离子体 小孔 稳定性
1 湖南大学机械与汽车工程学院, 湖南 长沙 410082
2 上海海运学院机械系,上海 200135
激光焊接由于其焊缝深宽比高、热影响区小以及高的焊接速度而在工业上得到越来越广泛的应用。激光深熔焊接的本质特征就是存在着小孔效应。采用高速摄影的方法清晰、完整地观测了激光深熔焊接GG17玻璃时的小孔,实验研究了离焦量、焊接速度对小孔和熔池形状、尺寸的影响。在分层假设的基础上建立了激光深熔焊接小孔效应的传热模型,并根据观测到的小孔形状和尺寸,用有限元法计算了小孔周围的温度场和流场。实验与模拟计算结果表明,小孔前沿的温度梯度比后沿的大;焊接熔池中的最大对流速度达到了焊接速度的10倍左右;小孔形状和尺寸的实验观测为系统研究激光深熔焊接时的小孔效应提供了一种新的方法。
激光技术 激光焊接 小孔效应 深熔焊接
1 清华大学
2 株洲电力机车厂博士后工作站,株洲,412001
利用高功率CO2激光器,对5083型号的铝合金薄板进行了焊接试验研究.分析了激光功率、焊接速度和焦点位置对焊接过程的影响以及保护气体对焊接过程不稳定性的影响.试验证明,在保证起弧功率密度的前提下,减少热输入,采用混合保护气体,可获得稳定的良好的焊接效果.
CO2激光 焊接 5083型铝合金 稳定性 工艺参数 CO2 laser welding 5083 aluminum alloy stable technology parameters
1 清华大学,北京,100084
2 株洲电力机车厂,湖南株洲,412001
3 湖南大学,湖南长沙,410082
在千瓦级基模连续CO2激光器谐振腔设计中,采用具有良好横模选择能力的准封离型多折腔方案,考虑到共振腔内负的气体热透镜效应,使模体积与激发体积形成良好匹配,谐振腔获得稳定的最大效益的功率输出.在此基础上采用机械斩光盘式调Q方案,调整谐振腔设计参数,补偿高功率激光窗口正的热透镜效应,获得了最大平均输出功率800 W的以基模为主的CO2调Q脉冲输出.
折叠式准封离型 CO2激光器 谐振腔 热透镜效应
