激光淬火过程激光束模式的影响

为了检测激光淬火过程中CO2激光束能量的空间分布变化,研究不同激光模式对激光淬火硬化层均匀性的影响,采用基于焦热电相机的在线激光束分析仪实时监测激光淬火过程中的激光束模式.结果表明,由于激光能量密度空间分布的不均匀,导致光斑左右两侧硬化层深浅不一致.从显微组织发现,硬化组织结构的均匀性和激光束模式有着非常紧密的关系,均匀的激光能量分布产生较为均匀的组织.     

激光淬火过程中的激光束模式分析

光束质量及功率稳定性在激光热处理中起着至关重要的作用.本文检测了在激光淬火过程中连续CO2激光束能量的空间分布变化情况,分析了激光模式对激光淬火硬化层均匀性的影响.在激光耦合输出端附近的光轴上安置基于焦热电相机的新型在线激光束分析仪实时监测高功率激光束模式.结果表明,由于激光能量密度空间分布的不均匀,导致激光功率密度高的一端所形成的硬化层更深;此外在特定功率下,激光模式、激光能量平均值和标准偏差都比较稳定,因此沿激光扫描方向的硬化带层深较为均匀.     

模切辊激光表面淬火的研究

用连续波CO2激光束对50#钢模切辊进行了激光表面淬火试验,研究了淬火层的显微组织及硬度分布.结果表明,50#钢模切辊经激光表面淬火后,硬化层组织由细小的位错马氏体及少量的残余奥氏体组成;模切辊变形很小,且表面硬度高,整体硬度分布较为均匀,能够达到技术要求.采用激光淬火技术对50#钢模切辊进行表面强化是可行的.     

激光热处理光束优化系统

激光束的光强分布以及光斑形状对激光热处理硬化层性能影响极大,一般要求光强均布的矩形光斑或宽带光斑;但是光强均布的激光束不一定产生均匀的硬化层,目前的激光热处理光束优化装置得到的是中间厚,两边薄的月牙形分布硬化层.为了改善激光热处理硬化层分布的均匀性,在分析国内外激光热处理光束优化系统研究现状及存在问题的基础上,提出了光束优化系统的两种方案,激光扫描环形光斑和线形光斑.建立了两种光斑温度场的数学模型,模拟了温度场分布.从理论上说明了两种方案能够改善激光热处理硬化层分布均匀性.     

基于振镜变速扫描的激光淬火光学系统

为了提高激光淬火硬化层形貌的均匀性,提出了一种基于振镜变速扫描的激光淬火光学系统。系统由QBH(quartz block head)、准直聚焦一体镜、单轴振镜和振镜变速扫描控制系统等组成。通过设定振镜扫描系统的变速区域宽度和变速系数,可实现能量中间低、两端高的“鞍形”光场分布。建立了重复变速扫描系统的等效热作用光场模型,并通过ANSYS软件模拟了45钢激光淬火过程中的温度场。重点分析了振镜扫描系统的变速系数和变速区域宽度对淬火后相变硬化层均匀性的影响。仿真结果表明,变速系数或变速区域的增大改善了硬化层的均匀性。采用千瓦级光纤激光器作为光源,进行了等变速区域不同变速系数的激光淬火实验。取硬化层深度降低至最大值90%的位置作为匀化区域的边界,变速系数为0.8时获得的硬化层的匀化区域宽度为5.1 mm,比振镜匀速扫描的匀化效果提升了约42%,实验结果与仿真结果吻合较好。     

凸轮激光淬火热处理运动分析

为了实现凸轮表面的激光淬火,根据凸轮淬火获取均匀硬化层的3个实现条件,结合激光加工机床的运动形式,采用建立激光淬火过程中激光束与凸轮表面之间相对运动数学模型的方法,对激光头的运动进行了理论分析及算法研究,从而得出X,ω,B 3轴运动的计算公式。结果表明,凸轮的激光淬火热处理运动是可控可行的,这为复杂工件的加工奠定了一定的理论基础。     

具有特定光强分布的激光表面硬化技术

利用光束变换技术得到不同光斑形状和不同强度分布的光束,可满足表面硬化所需要的硬化层均匀性等要求.激光硬化在材料表面产生的实际效果与光强分布密切相关,利用特定光强分布的光束进行激光硬化可以得到所需要的温度场及组织分布,直接影响材料表面硬化的效果.对高斯光束圆光束、平顶矩形光束、曲边矩形光束、点阵光斑等不同强度分布的激光表面硬化(LSH)技术进行了介绍.硬化层特定的硬度分布及组织结构等硬化效果是特定光强分布激光束与材料相互作用的结果,要获得所需硬化效果,则需要利用反求方法设计与硬化效果相对应的特定光强分布的光斑.给出了特定光强分布的激光表面硬化技术的发展趋势.     

一种大功率激光加工用新型宽带光斑成形抛物面镜

介绍了一种大功率激光加工用新型宽带光斑成形抛物面镜的设计原理和实验结果.根据几何光学原理,采用光线追迹的方法对该抛物面镜的光斑进行分析,证明通过抛物面镜反射聚焦后,能够将原始圆形激光束整形为光强分布均匀的窄条形光斑.并利用该新型抛物面镜及横流CO2激光器,对45#钢进行了激光相变硬化研究,测量了淬火带尺寸和淬硬层深度,并对硬化层形貌及其金相组织进行了观察和分析.结果表明,当激光器输出功率为3 kW,窄条光斑长度12 mm,扫描速度15 mm/s时,该45#钢淬硬层硬度值可达540～580 HV0.3,是非淬硬层的3.5～4倍.淬硬层深度约为1 mm,单道淬火宽度10 mm以上,硬化层分布均匀.     

连续高功率激光辐照对55号钢组织和硬度的影响

为了改善55号钢在传统淬火过程中的不足，笔者采用连续高功率光纤激光器作为热源进行辐照，以期使55号钢表面获得更好的组织和更高的表面硬度。利用单一变量原则获得了不同功率下的激光重熔与激光淬火工艺参数，研究了两者对55号钢微观组织和硬度的影响。结果表明：激光重熔比激光淬火具有更好的硬化效果。在保证试样表面平整的前提下，淬火试样获得的表面硬度和硬化层深度分别为446～520 HV、621～709μm，而重熔试样获得的表面硬度和硬化层深度分别为480～613 HV、709～813μm。通过分析硬化层的微观组织、物相、元素组成，发现这主要归因于重熔试样的硬化层中具有比淬火试样更多的马氏体、更均匀致密的微观组织以及更少的未熔碳化物。本研究结果为55号钢表面激光硬化提供了参考。     

直齿圆柱齿轮的激光热处理

本文提出了齿轮热处理的三项关键技术。在此基础上,获得了沿齿廓分布的均匀硬化层。检测结果表明：齿轮激光淬火变形很小,不影响齿轮的精度等级。     

U74钢轨表面激光淬火工艺及其对耐磨性的影响

本文研究了U74钢轨表面激光淬火工艺及其对表面耐磨性能的影响。激光淬硬层分为表面过热区、均匀相变区和过渡区。淬硬层深度约为0.5-0.8mm，单道淬火宽度约4mm，表面硬度可达Hv850-Hv1000，淬硬层组织为高碳马氏体，细晶混合马氏体和少量奥氏体。激光淬火造成的组织细化和大量高碳马氏体的形成是硬度提高的主要原因。在扫描速度为6mm/秒，离焦量60mm的条件下，U74钢轨表面激光淬火的最佳功率约为1.8kW。在该功率下，可以获得最高硬度、最大硬化层深度和最佳能量利用系数。摩擦学试验表明，经过激光淬火，钢轨表面的耐磨性能有了明显提高。     

激光淬火工艺参数对40Cr钢淬硬层深的影响

用5kWCWCO2激光器对40Cr钢进行了激光淬火试验,探讨激光工艺参数对淬硬层深的影响。结果表明,激光功率增大、扫描速度降低、激光束重叠尺寸增大,则淬硬层深增大,且扫描速度比激光功率的影响更大。40Cr钢在功率1000～1200W,扫描速度15～30mm/s,激光束重叠尺寸1.0～1.5mm的工艺条件下淬火,可获得不小于0.35mm的平均淬硬层深。     

水导激光技术中水-光耦合传能规律研究

水-光耦合传输效率是实现水导激光可加工性的前提与效率保证。为了研究水导激光中水-光耦合传能规律, 得到较高的水束中激光功率传输效率和均匀的激光功率密度分布, 采用光线追迹原理及物理光学传播方法, 仿真分析了1064nm激光束聚焦后的光束特性及水-光耦合后水束中激光光斑分布形态, 并对不同水束长度下激光功率传输效率, 以及不同功率、压力和水束长度下激光功率密度分布情况进行了系统的实验检测分析。结果表明, 随着水束长度的减小, 1064nm激光在水束中功率传输效率越高, 在水束长度为20mm时, 激光功率传输效率可达63.6%;激光功率的变化对水束中激光功率密度分布影响最大; 当激光功率不变时, 在水束稳定长度范围内水压的增大有利于水束中激光功率密度均匀化分布, 而耦合水束长度的减小可以提高激光传输效率。研究结果为提高水导激光中能量利用率有一定的指导意义。     

4Cr13不锈钢激光表面强化技术研究

研究了4Cr13不锈钢细小零件激光表面强化工艺参数和材料表面氧化法发黑工艺,探讨了激光工艺和不同的搭接率对强化层硬度、淬硬层深度和表层组织结构的影响。结果表明,采用合理的激光工艺可实现10mm×8mm零件表面强化;在搭接率为40%时,可获得较均匀的表面强化层,表面硬度为42HRC～45HRC,符合设计使用要求。     

Near-field emission from GaAs double-heterostructure laser mirrors

The near fields of GaAs double-heterostructure (DH) laser mirrors are studied both in photoluminescent (PL) excitation and in lasing emission. The various liquid-phase-epitaxial (LPE) layers of the laser diode are optically delineated, withmp0.1-mum resolution, in a wavelength-selective PL detection system. The near fields of the transverse lasing modes are correlated with the LPE layers that constitute the optical waveguide. With special emphasis on the large-cavity fundamental-mode Ppn'N laser, it is found that small changes in refractive index within the waveguide have pronounced effects on the distribution of stimulated power within the LPE layers. The fundamental mode is found to be contained within the slightly higher refractive-index gain region. This explains the previously observed localization of catastrophic mirror damage and the anomalously large angles of beam divergence. High-order modes are also excited in the gain region when its thickness and refractive-index step within the waveguide exceed some prescribed limits.