高功率横流CO2激光熔池形成过程检测研究

检测激光熔池信息,研究其分布情况,对于控制激光熔池形貌,改进工艺设计,提高激光加工质量,具有重要意义.研制了一套激光熔池动态检测系统,实时检测了高功率横流CO2激光熔池的形成过程,并给出了其温度场分布情况.实验结果表明,刚开始形成的激光熔池由几个分熔池组成,经过一段时间后,形成一个完整的熔池.可通过调整能量密度较高的分光斑覆盖整个加工轨迹截面,优化加工速度和激光功率等参数,提高激光加工质量均匀性.     

超声场下激光熔凝过程中熔池流场分析

建立了超声场下激光熔凝过程中的数值模拟, 采用模拟和实验相结合, 分析了超声作用对熔池流动状态以及熔凝后熔池宏观形貌的影响。结果表明, 未施加超声振动时熔池内部流动主要驱动力是温度梯度引起的表面张力和熔池自身重力引起的回流;施加超声振动时, 熔池的流动状态随着超声振动发生周期性的改变, 熔池内部声压承周期性的变化, 最终使熔池的熔池宽度相对于未施加超声作用时缩减了19.2%, 熔池深度伸展了30.8%, 通过模拟和实验得出, 在熔凝状态下熔池宏观形貌和模拟结果基本符合。     

工具钢CO2激光熔凝和相变硬化的研究现状

综述了CO2激光熔凝和相变硬化的国内外研究现状，就目前该领域中存在的问题及其发展方向提出了自己的看法。     

激光表面熔凝温度场的二维数值模型

建立了激光表面快速熔凝条件下温度场的二维数值模型,并利用有限差分法对Cu-Mn合金在激光表面快速熔凝条件下的温度场进行了计算。计算结果表明该模型能准确描述激光表面快速凝固条件下熔池的温度场信息,而且在保证计算精度的条件下简化了计算(相对于三维)。计算结果与实验结果相吻合。     

激光熔池动态过程检测研究

提出采用CCD相机结合数字图像处理技术检测监控激光熔池方案，建立了激光熔池动态过程检测系统，开发了激光熔池图像处理专用软件，进行了激光熔敷实验研究。结果表明，该技术可以检测激光熔池温度和几何尺寸，记录熔池动态变化过程。进一步发展，可成为激光加工在线检测过程的有用工具。     

激光非熔凝热物理过程的试验研究

激光加工技术是先进、高效的制造手段,在航空、机械及国防工业等部门已经或有望得到广泛的应用.激光非熔凝加工可使金属薄板在无模具下发生热塑性变形,实现薄板无模成形,或者改善模具成形零件的贴模性与定型性;也可以对模具表面进行热处理,改善模具表面硬度、耐磨性、韧性等综合力学性能,在保证复杂模具的精度要求下,提高模具的使用寿命.激光非熔凝热物理过程的试验在匈牙利布达佩斯技术与经济大学机械工程系激光实验室进行.试件(100 mm×2 mm×2 mm)一端被夹持在工作台上,自由端上表面粘贴一块7 mm×7 mm的有机玻璃,用来将从He-Ne激光器(5 W)出来的光束反射到屏风上的坐标纸上,将微小变形放大后,用高精度摄像机记录光点在坐标纸上的运动过程;同时用热像仪记录试件在此过程中热作用处侧面的厚向温度分布.激光照射在试件的中点,连续照射时间是0.782 s,试件被照射表面涂石墨以提高材料对激光的吸收率,并对光斑中心处横截面的金相进行分析.结果表明:试件的最终变形是热应变和相变共同作用的结果,进一步完善了薄板激光弯曲的变形机理;侧面厚向温度场的分布规律受试件有限厚度的影响不容忽视.试验结果为进一步研究薄板激光弯曲过程及模具刃口处表面的强化效果奠定了基础.(PE16)     

激光表面快速熔凝过程中熔区组织重构

利用晶体生长的最小过冷度判据,对单晶合金激光重熔区组织的生长速度进行了分析,建立了枝晶尖端生长速度与激光束扫描速度和固液界面前进速度的关系.根据此分析对熔池进行了重构和预测,发现激光熔池中枝晶组织的生长方向强烈地受基材晶粒取向和激光束扫描方向的影响.枝晶生长条件下,择优取向对枝晶生长方向的影响要较热流的影响大.理论预测与实验结果相吻合.     

激光熔凝加工中瞬时温度场及残余应力数值模拟

以激光熔凝表面强韧化处理为背景,应用空间弹塑性有限单元和高精度数值算法同时考虑材料组织性能的变化模拟工件的温度场及残余应力,研究激光熔凝加工中瞬时温度场及残余应力数值模拟,同时考虑相变潜热及相变塑性的影响,用算例验证了模型的正确性,给出了不同时刻温度场分布及残余应力分布。     

脉冲激光熔凝和相变硬化的研究现状

综述了脉冲激光熔凝和相变硬化的国内外研究现状,就目前该领域中存在的问题及其发展方向提出了自己的看法。     

等离子熔射成形件的激光熔凝

介绍等离子熔射成形件的激光熔凝技术，工艺特点，分析熔池形状及熔凝层出现波纹的原因，建立最大熔凝厚度的经验公式，通过对９０％ＮｉＣＲＢＳｉ＋１０％Ａｌ２Ｏ３熔射层的熔凝实验对比，结果基本吻合。     

激光熔覆成形中熔池表面温度场的检测与研究

针对激光熔覆成形中熔池表面温度场难以测量的问题,搭建了彩色CCD同轴测温系统。通过优化实验参数,该测温平台可获得清晰、稳定的熔池表面图像,对所拍图像进行处理和计算,可以得到熔池表面的温度场。为了验证得到的温度场是否准确,搭建了红外测温系统,通过对熔池表面不同区域进行测温,得到了与CCD测量结果基本吻合的熔池表面温度分布。两种不同的测温方式得到一致的温度场,说明此测温平台是实用、可靠的,为通过实时检测熔池表面温度进而控制熔覆成形系统打下基础。     

激光强化温度场的数值模拟与校验

采用MSC.Marc非线性有限元软件,对激光强化过程中的温度场进行数值模拟,分析了能量密度的变化对激光强化效果的影响。通过温度传感器测量激光强化时材料表面温度的变化来验证数值模拟的结果。模拟值与实测值基本吻合。结果表明,数值模拟结果可作为激光加工工艺参数选择的依据。     

CO_2激光功率密度分布测量的数据处理

本文利用计算机图像处理技术,从一实际采样光斑出发,介绍取样数据的处理过程及最终获得激光功率密度分布。     

T1高速钢的激光相变强化研究

本文研究了Ｔ１高速钢的激光相变硬化特性。为了进一步发挥激光相变强化的硬化潜力，还讨论了不同回火温度对激光淬火区的强化效果的影响。试验结果表明了Ｔ１高速钢经激光相变硬化后再经６００℃回火可以大提高其强化效果。这种处理可使其洛氏硬度为ＨＲＣ７０。另一方面，激光硬化可以显示改善Ｔ１钢的回火硬度和红硬性。经激光处理后，其抗回火软化能力可以提高１５０℃左右。     

20CrMo低合金结构钢激光表面强化研究

研究了激光表面强化对20CrMo低合金结构钢组织和性能的影响。结果表明经激光相变硬化处理后,其表硬度可达500－580HV0．1,满足该钢用于一般零件（链轮、齿轮、轴等）的局部表面硬度、耐磨件等机械性能的要求,为改进零件表面处理方法提供了依据。     

靶面激光光斑尺寸原位测量的研究

提供了一种简便易行的靶面激光光斑尺寸原位测量的方法。从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了激光烧蚀斑半径与辐照激光能量、光斑尺寸、烧蚀阈值间的关系式,模拟分析发现辐照激光光斑尺寸对烧蚀斑半径随辐照能量变化曲线有较大影响。对于脉宽为2 ms,波长为1064 nm的激光,实验测量了不同能量激光辐照下相纸烧蚀斑半径,并用推导出的关系式拟合测量数据,获得了靶面处光斑尺寸和样品烧蚀阈值。同时,也测量了不同位置处的光斑尺寸和样品烧蚀阈值,对高斯光束束腰位置和样品烧蚀阈值的光斑尺寸效应进行了验证。研究结果表明该技术结果可靠,简单高效。该技术可以为高能激光与固体物质相互作用的基础研究和激光加工等应用领域中实现简单方便地测量靶面光斑尺寸提供帮助。     

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。     

基于波导CO_2激光器的光声光谱仪

基于波导CO2 激光器的光声光谱仪采用了激光谐振腔内置光声池结构、低噪声纵向共振光声池和计算机控制的多谱线多种气体成分测量分析系统。文中详细给出了波导CO2 激光器和光声池的设计参数 ,介绍了多种气体成分同时测量的原理和计算机控制测量软件的设计思想。实验中对有Brewster窗片和无窗片光声池的噪声特性和检测灵敏度极限作了分析比较。实验结果表明 ,该光谱仪对C2 H2 和O3的极限检测灵敏度分别达到 10 -11和 10 -9量级 ,能够对多种与大气污染和生物气体交换有关的微量气体进行高灵敏度、实时、连续、自动地监测。     

高碳高铬轧辊用钢激光相变强化研究

为了研究高碳高铬轧辊用钢的激光相变强化行为,采用5kW连续横流CO2激光器对高碳高铬轧辊进行激光相变强化试验,并进行了显微组织分析和硬度测试,得到了适应生产的激光相变强化工艺参数.结果表明,激光相变强化处理后的硬度可由550HV提高到750-800HV,峰值可达900HV.当扫描速度为8mm/s,激光功率为2200W,光斑直径为8mm时,可得到0.5mm深的淬硬层,且不出现软化带.     

红外制导激光光束性能测试方法的研究

为了研究激光半主动制导中1.06μm和10.6μm两种红外激光的能量分布和其它参数,提出了一种通过摄取灰度图像进行测量的新方法。讨论了激光对靶面温度分布的影响、摄像机对回波信号的接收特性,并建立了测量过程中光-电-图像信号转换的数学模型。针对某型10.6μm激光指示器,依据模型对输出进行了仿真,得到了仿真灰度分布与真实灰度分布相似程度较好、其二维相关系数为0.88995的结果。结果表明,模型是正确的,可以采用此方法对这两种激光进行测试。