高功率CO_2激光焊接等离子体控制实验研究

采用精密的侧吹辅助气体调节和控制装置，实验研究了等离子体控制的各种工艺参数；采用光电晶体管检测熔池表面及小孔内等离子体光强变化；从理论上分析了等离子体控制的机理．结果表明：当辅助气体流量变化时，等离子体控制效果呈现三个区间．无论采用何种气体，只要辅助气体的操作压力稍大于金属蒸气压力，等离子体即被最佳控制     

厚钢板激光焊接装置的研究

为满足激光厚板焊接对激光光束质量的要求,研制了多折非虚共焦非稳腔横流CO_2激光器以及厚钢板激光焊接装置。采用了外光桥、内光腔形式一级振荡,两级放大的非稳腔的光腔结构。多折非稳激光谐振腔结构可充分利用辉光放电区及其下游介质增益,获得足够大的高质量的激光功率输出。用有限元法,对该类型的激光谱振腔的特性进行了理论分析。分析结果表明,该多折非稳腔输出激光远场能量分布与多模激光能量分布相似,但非稳腔输出激光远场相位分布不存在180°跳变,因而能够将光束聚焦到厚板深透焊所需功率密度。焊接4mm的钢板,焊速超过了3.2m/min,深宽比大于2:1,焊接6mm钢板,焊速达2.1M/min以上,深宽比大于3:1,并可焊接8mm厚的钢板,通过试轧到0.3mm厚不断带,拉伸试验表明焊缝强度大于母材,说明焊缝具有良好的延展性和机械强度。     

大功率CO2激光器脉冲电源研究

本文论述了直流高压与高频脉冲电源相叠加，构成高频、高压脉冲电源，并使其对CO2激光器进行放电实验，研究了同条件下的放电参数与功率。     

光腔模式的数值矩阵方法

对腔镜有限分划,构造数值矩阵,并对其进行特征值求解和迭代,从而实现光腔模式计算.计算了圆形镜共焦腔和虚共焦非稳腔内的光场特性和远场光束质量,通过与理论解和实际结果的比较,证明了此法具有较大的实用价值. 本文提出了基于衍射积分理论的数值矩阵方法,在谐振腔模式计算中取得了很好的效果.其基本思想为:将腔镜划分为足够大数量的、按一定规律分布的面积单元,将镜面上复振幅的连续分布变为这些面积单元上的离散分布.最后,通过数值积分和插值计算,构造出高精度的传输矩阵,将传统迭代法中对光场复振幅的二维积分变为线性叠加,从而可对腔内光束特性迅速求解. 本文先以圆形镜共焦腔为例,计算出腔内基模的复振幅分布(腔镜表面)、腰斑尺寸和远场发散角,和拉盖尔-高斯模型比较,两者较好符合.然后,对华工激光公司的激光器产品采用的虚共焦非稳腔的光束特性计算,和实际结果符合很好.(PH3)     

激光处理高磷铸铁表面对抗空蚀性的影响

采用大功率 CO_2激光处理高磷铸铁试件,发现经激光相变硬化处理后,表层可得到一层淬火马氏体组织。在用激光熔化一凝固处理时,表层得到两层淬火组织,外表层是莱氏体共晶,第二层主要是淬火马氏体。莱氏体显微硬高达 H_(?)824以上。实验发现经激光处理后的莱氏体和马氏体组织具有较好的抗空化腐蚀性能。     

高功率CO_2激光深穿透焊接的研究

本文采用3～5kW(低阶模3～4kW)高功率CO_2激光束对18CrMnTi低合金钢进行了深穿透焊接的研究,焊缝深宽比接近2,焊接穿透深度达到5.5mm以上,对影响激光深穿透焊接效果的各种焊接工艺参数进行了研究。找到克服激光焊缝区缺陷的一些有效措施。     

激光熔覆Ni包铸造碳化钨提高材料的耐磨性

在激光熔覆金属陶瓷层中,陶瓷相的组织结构特征及分布状态在很大程度上影响着金属陶瓷层的性能。分别利用镍包铸造碳化钨颗粒和铸造碳化钨颗粒进行激光熔覆,对两种涂层进行对比,并对镍包碳化钨涂层的耐磨性及影响因素进行研究。研究结果表明,镍包铸造碳化钨颗粒涂层的质量良好,无裂纹,在Al2O3磨粒干磨损条件下耐磨性比基体提高3-16倍。     

厚钢板激光焊接的研究

通过能量平衡原理研究了厚钢板激光深熔焊接的热源模型,得出了激光功率与光斑大小、焊接速度等的关系,并讨论了激光光束质量.实验采用非稳腔输出的6～8kW高功率高质量的激光焊接4,6,8mm厚的A3钢板,其焊接速度分别为3.2, 2.2, 0.9 m/min,焊接深宽比均超过2:1,其中6 mm钢板深宽比达到4:1.着重研究了激光焊接工艺,并对焊接试样进行了拉伸强度测试和过轧机实验.