非常规激光加工技术的研究

常规激光加工技术是利用高温使材料熔化或气化而达到加工目的,但是常导致加工区域热影响区和微裂纹的影响.着重探讨了水导激光加工过程中的激光与液束耦合原理及加工效果,分析了体加热激光切割玻璃过程中的温度场和应力场,以及曲线切割和多层玻璃激光切割技术.针对两种非常规激光加工技术--水导激光加工和体加热激光切割玻璃技术,进行了理...     

强激光与靶材相互作用的力学效应研究

根据模拟激光源加热金属材料的实验情况,考虑材料的物性参数随温度的变化,通过求解热传导方程得到各种情况下材料的温度时空分布,并利用热弹性本构方程,应变－位移关系以及应力平衡关系,建立了激光辐照金属材料时的轴对称热应力的计算模型,通过数值是到在不同激光强度辐照时靶材内不同时刻的温升分布和热应力分布,并对造成金属材料热应力损伤的激光阈值强度进行了讨论。     

连续激光辅助热加工氧化铝陶瓷热效应分析

陶瓷材料的性能优越,其加工难度主要表现在加工硬度和加工脆性上,激光辅助热加工陶瓷材料能够有效避免加工时产生表面裂纹。本文采用半解析的方法对于激光加热氧化铝陶瓷材料时的温度变化进行了模拟,分析了不同方向上温度的变化情况,得出了温度场的分布;根据氧化铝陶瓷温度达到1000 K时即可达到软化效果的理论,探讨了不同参数时温度场的分布,以达到较好的软化效果。研究表明,通过对温度场的计算模拟,选取合适的激光参数对不同尺寸的材料进行软化加工,能够有效且高效的达到切割氧化铝硬性材料的工艺要求。     

脉冲激光辅助切削氧化铝陶瓷工艺参数选取的研究

激光辅助加热切削是解决陶瓷类硬脆材料难加工问题的有效方法。为研究工艺参数的选取对脉冲激光辅助切削陶瓷加工效果的影响,建立了脉冲激光加热辅助切削Al2O3陶瓷传热模型,求解不同参数组合下工件温度场分布。根据Al2O3陶瓷温度在1000K以上时的软化层尺寸选取理论上合适的切削用量;采用激光参数和切削用量开展切削试验,统计试验切除率,检测加工表面粗糙度和表面形貌,探讨试验切除率与加工表面粗糙度之间的关系,结果发现采用温度场模拟获取的工艺参数能够获得较高的加工质量和切除效率。研究表明通过模拟温度场分布从而选取切削工艺参数,能有效保证脉冲激光辅助加热切削陶瓷类硬质脆性材料的工艺要求。     

金属薄板的激光成形技术

金属薄板的激光成形技术季忠，刘庆斌，吴诗　（西北工业大学，西安７１００７２）１．激光成形机理、众所周知，当金属材料受到不均匀加热时，其内部的非均匀温度场将会导致非均匀热应力场。当该热应力超过材料的屈服极限时，材料便会产生永久塑性变形。金属薄板的激光成...     

安瓿瓶激光封口

为了实现CO2激光封口安瓿瓶,提出了对CO2激光预热后的安瓿瓶,再利用CO2激光使安瓿瓶熔融封口的技术方案。在考虑玻璃物性参量随温度变化和安瓿瓶表面对流换热的情况下,利用有限元软件(ANSYS)对CO2激光辐照不同规格和转速的安瓿瓶的温度场和应力场进行数值计算。结果表明在加工参量相同的情况下,安瓿瓶瓶壁越厚,激光加热时所达到的温度越低。当CO2激光加热旋转的安瓿瓶时, 不同的旋转速度只是使得外表面温度以不同周期上升, 但如果激光加热时间相同, 则温升基本相同。对封口过程中的应力场进行了计算,结果表明导致安瓿瓶封口失败的热应力主要是冷却时的张应力。     

激光诱发板材热应力成形技术及其研究现状

概述了板材激光热应力成形技术的发展现状,分析了板材激光热应力成形的主要影响因素,综述了激光束参数、材料的性能及工件几何尺寸对激光热应力弯曲成形的影响,概括了激光热应力成形工艺的一些规律.为了能使板材激光热应力成形技术应用于生产,在总结前人研究成果的基础上,指出了板材激光热应力成形工艺存在的关键问题,并提出了目前板材热应力成形技术应用于生产所需要研究的内容.     

用激光加工陶瓷材料

美国专家开发出一种利用激光加工脆弱易碎陶瓷材料的技术 ,可使加工成本降低一半左右这种技术是 :首先用激光将陶瓷材料加热到10 0 0°C以上 ,使其软化 (激光强度及加热部位均需精确控制 ,加热的部位仅限于材料上很小的一个部位 ) ;然后再将炽热的陶瓷材料移到超硬硼化材料制成的车床上进行加工。常规方法加工陶瓷材料需要经过几台车床 ,因而加工成本较高 ,有时甚至占到部件总成本的 75 %以上。采用激光加工只要一次切割便能使部件达到规定的几何尺寸 ,大大降低了加工成本用激光加工陶瓷材料@李玲玲     

激光沉积修复TA15钛合金热应力的数值模拟

根据激光沉积修复的热传导特点, 利用有限元法中的生死单元技术, 建立了激光沉积修复TA15钛合金的过程模型, 采用参数化设计语言编程实现对多道多层激光沉积修复过程三维热应力场的数值模拟。研究了不同功率、不同扫描速度下以及对修复基体预热后热应力的动态分布规律, 并对热应力变化的原因进行了分析。结果表明, 随着激光功率的减小、扫描速度的增大热应力呈减小趋势, 对修复基体预先加热, 可以有效调控热应力的产生和演化, 为降低激光沉积修复过程中的热应力, 提高修复质量提供理论依据。     

激光材料加工的数学模型

本文从求解激光加热的热传导微分方程入手，分析了材料表面加热、熔化和汽化时温度分布的特点，还分析了激光快速加热和冷却下的组织转变模型、性能模型及激光相变硬化、激光熔敷合金化、激光焊接切割等加工方法的数学模型，介绍了在激光材料加工数学模型的研究中所得的几种主要结果。     

高功率掺镱双包层光纤激光器热效应理论研究

针对高功率双包层光纤激光器热效应严重制约着光纤激光器的输出功率和光束质量这一现象,利用热传导方程和边界条件推导出了双包层光纤激光器温度分布的解析解,进而分析了热效应引起的应力分布,温度和应力引起的折射率变化以及热效应引起的光程差。结果表明,在纤芯轴线处切向、法向、轴向应力分别达到负的最小值,而在光纤表面处径向应力为0,法向、轴向达到正的最大值;应力引起的折射率变化与温度引起的折射率变化相比较小;温度变化是热效应引起光程差主要原因,热膨胀和热应力引起的光程差较小。     

热容模式下片状激光介质瞬态温度及热应力分析

为了研究激光介质热畸变对固体热容激光器的影响,数值计算了高功率激光二极管阵列抽运片状激光介质的瞬态温度场和热应力分布。结果表明,在相同的抽运功率密度下,激光介质中的温度分布和热应力分布不仅与激光介质几何构型及抽运光空间分布有关,还与抽运光斑在介质表面的填充因子密切相关。当抽运光斑未充满激光介质时,介质的表面靠近边缘处会出现大的拉应力集中,并且介质表面的最大轴向位移和最大拉应力随光斑填充因子增大而增大;而当抽运光充满介质时,表面是压应力,较小的拉应力存在于介质内部。     

激光辐照CCD温度场与热应力场的研究

为了研究了激光与CCD传感器的作用过程及损伤机理,采用有限元分析的方法,对波长1.06μm的连续激光辐照行间转移型面阵CCD进行了理论分析和仿真研究。以基底Si表面激光辐照区域为热源建立热力耦合模型,模拟得出了CCD的温度分布和热应力分布。通过对比分析其组成材料的温度损伤和应力损伤所发生的时间,发现应力损伤先于温度损伤。结果表明,作为固定边界和自由边界的交汇处,基底Si下表面边缘处热应力于激光作用0.1s时最先超过破坏阈值120MPa,发生应力破坏; Si材料产生由下表面边缘向中心的滑移,基底逐步脱离固定; 激光作用0.3s时,遮光Al膜与SiO₂膜层也因热应力超过两种材料的附着力100MPa,而产生沿径向由内向外的Al膜层剥落的应力破坏行为,这种行为将加快基底Si材料的滑移,最终致使整个CCD因脱离工作位置而失效。该研究成果为CCD传感器的激光损伤及防护提供了理论依据。     

激光散斑照相法测量不同金属材料焊接部位的热位移

本文用激光散斑照相法对不同金属材料焊接件在不同温度区间产生的热位移进行了实测,得到焊接部位的热位移随温度的升高而增大,其热应变及热应力亦随温度的升高而增大,且与理论中分析相符。     

强激光辐照光学材料的热力效应研究

在建立强激光辐照光学材料物理模型的基础上,采用解析解的形式计算了高斯型连续激光照射圆柱形靶板的三维温度场以及相应的应力分布。分析了高斯光束作用时,环向热应力最大值及其作用时间的关系,指出三维时,“热扩散长度”的概念不再适合。通过数值分析给出了与特定参量相对应的拟合公式,并计算出相应的损伤阈值。对理论计算与实验结论进行了比较,验证了理论模型的合理性。     

单个脉冲作用下熔融石英的温度和热应力研究

理论研究单个激光脉冲作用光学材料的温度和热应力分布模型,根据脉冲特征,分别建立适用于短脉冲和长脉冲的温度分布模型;进一步建立单个脉冲作用下的热应力模型。以熔融石英为例数值计算和分析了单个脉冲作用下的温度和热应力分布。研究结果表明,如果只求解单脉冲结束时的温度分布,长脉冲和短脉冲模型计算结果一致。单个激光脉冲辐照熔融石英,材料温度升高,如果温度达到材料融化或汽化温度,将导致材料的熔融汽化破坏,另一方面,在焦点区域温升不均匀,将导致热应力产生,如果热应力达到材料的力学破坏阈值,将诱导材料的热应力损伤。     

激光烧结Al2O3/Ti系FGM的温度场与热应力场

用有限元法对激光烧结Al2O3/Ti系FGM的温度场和残余热应力场进行了模拟计算,并对烧结过程试样中的温度分布进行了实时测量.结果表明:激光照射面(Al2O3层)和背光面(Ti层)的温度落差为325℃.陶瓷侧温度梯度大于金属侧,成分梯度指数p值愈大,陶瓷侧温度梯度愈大.试样内残余热应力分布受p值控制,依据残余热应力最小且陶瓷层为压应力的设计准则,确定了激光烧结Al2O3/Ti系FGM的最佳成分梯度指数p=0.5.     

Tm激光与角膜作用的热效应模拟

激光角膜热成形技术(LTK)在矫正远视临床中占有重要的应用前景。为了了解铥激光与角膜组织热相互作用中激光参数和角膜光学及热物性参数对温度场分布的影响,选取50W/cm2,55W/cm2,60W/cm2三种功率密度,1s、2s、3s三种作用时间,用有限元方法模拟了激光作用下角膜组织内温度场的分布。模拟结果表明激光有效穿透深度与激光功率密度和时间都是正向相关,而与能量密度的正向相关性较差;激光作用时间越长,角膜组织中的温度梯度越小。模拟得到激光功率密度50W/cm2作用时间1s适合于LTK。