基于正交实验的SUS304不锈钢激光打孔过程参量优化

为了优化激光打孔参量和提高激光打孔成型质量,采用正交实验法对5mm厚的SUS304不锈钢材料进行激光打孔实验研究和理论分析,测量和计算得到了激光打孔上下孔径和锥度的数据,并采用极差分析法得到了脉冲宽度、脉冲能量、重复频率、离焦量和脉冲个数等参量对小孔锥度的影响程度以及SUS304不锈钢激光打孔的最优实验参量组合。结果表明,离焦量、脉冲宽度和脉冲个数对孔锥度的影响较大,重复频率和脉冲能量的影响较小,优化后的激光参量为脉冲宽度0.5ms、脉冲能量2.5J、重复频率40Hz、离焦量0mm、脉冲个数200个。采用优化后的激光参量可加工出锥度较小的孔。     

离焦量对飞秒激光制孔影响的研究

为探究飞秒激光制孔工艺规律,采用脉冲宽度235 fs,重复频率100 kHz的飞秒激光在1.5 mm厚304不锈钢上开展不同离焦量下的制孔试验.首先记录不同离焦量下制孔时间,然后在影像测量仪下测量不同离焦量下微孔入口、出口孔径并计算对应锥度,最后在金相显微镜和扫描电镜下对孔壁进行金相观察及元素分布线扫描.试验结果表明:...     

离焦量对空气中纳秒激光打孔效率的影响

用波长1.06μm,脉冲半峰全宽(FWHM)约10 ns的Nd∶YAG激光照射在薄铜靶上,研究了打孔效率同离焦量之间的关系。实验中脉冲能量分别为26 mJ,52 mJ,85 mJ,204 mJ和274 mJ,在各脉冲能量下,改变离焦量,测出相应的打孔效率。结果表明,离焦量是影响打孔效率的重要因素;实际打孔过程中,采用较低的激光功率密度和 3~ 4 mm的离焦量是合理的选择。当离焦量d<0时,打孔效率主要由激光照射产生的热烧蚀、等离子体屏蔽两个物理机制决定;当离焦量d>0时,打孔效率是激光照射产生的热烧蚀、等离子体屏蔽和焦斑处空气等离子体辐射的促吸收效应共同作用的结果。     

激光焊接工艺参数对NiTi形状记忆合金焊缝成形的影响

采用Nd∶YAG连续激光器对2mm厚NiTi形状记忆合金(SMA)进行激光焊接。研究了激光焊接过程中激光功率、焊接速度、离焦量、侧吹保护气流量等主要工艺参数对焊缝成形的影响。结果表明,激光功率、焊接速度、离焦量等工艺参数的合理匹配是实现NiTi合金良好焊缝成形的关键因素。线能量为59～75.6J/mm时能获得最佳焊缝成形;离焦量在-2～3mm时均能使厚度2mmNiTi合金试件焊透,其中离焦量在0～1mm可以得到最佳焊缝成形;当侧吹气流量为15～20L/min时,气体保护效果和焊缝成形最好。通过大量工艺实验得到2mm厚NiTi合金焊接速度与激光功率的不同匹配对焊缝成形影响的曲线,为NiTi合金焊接加工及工程应用提供参考。     

一种新型激光测厚装置的设计

为了实现对热轧钢板的在线厚度测量,建立了自动激光测厚系统。对该系统所采用的机械设计、光路设计、基于MATLAB的图像算法等进行了研究。首先使用激光器将激光倾斜投射到待测钢板的侧面上,并在激光器前方设置一块挡板,挡住水平方向上的部分光线。接着使用工业摄像机将被测板上的激光光斑成像于CCD靶面上。然后根据CCD上挡板所成像的位置计算出钢板的离焦量。最后根据CCD上钢板侧面所成像高和钢板的离焦量与待测板厚的几何关系,计算出钢板的厚度。结果表明,钢板厚度为8mm～120mm时,系统测量精度为0.32mm,低于测量系统要求的0.5mm;测量系统受高温辐射影响较小。能够满足工业生产线上热轧钢板自动厚度测量的稳定性好、精度高、受外界干扰小等要求。     

烧蚀机制下激光超声声场的模拟与实验验证

分析了烧蚀机制下超声波的产生机制,建立了工件有限元模型,将等离子体的冲击力对材料的作用视为超声波的激励源,模拟计算了激光超声波在工件中的传播过程,提取了节点位移的时间历程曲线,求出超声波的速度并由此确定相应超声波的类型。此外,分析了激光超声声场分布,利用半圆形铝质试块进行了激光超声的测量对比实验,采用超声换能器接收纵波、横波以及表面波。通过对比分析可知,数值分析结果与实验数据相符,该有限元数值模拟方法正确可靠。     

5052铝合金的高功率固体激光自熔拼焊

采用平均功率为2KW的光纤耦合输出Nd:YAG固体激光器,对焊缝长度为lm,厚度为2mm的5052铝合金进行脉冲激光自熔拼焊,分析了激光功率、激光频率、焊接速度、离焦量、入射角、气体保护方式等工艺参数对焊接质量的影响,研制出大幅面激光拼焊的专用夹具.找出了一定厚度的5052铝合金大幅面拼焊的最佳工艺参数.并对焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究.结果表明,当激光平均功率为2KW;峰值功率为3.9KW:激光输出方形脉冲频率为260Hz;占空比为45.2%;焊接速度为2m/min;离焦量为-0.6mm;正反面以15"侧吹保护高纯氩气流量为10L/min:透射聚焦透镜焦距为160mm时,焊接接头整体力学性能优良,其拉伸强度达到母材的80%以上.     

利用激光-电磁超声检测钛钢复合板脱粘

结合面质量直接影响钛钢复合板的整体强度。为有效评估粘接性能,提出了脱粘缺陷的激光-电磁超声非接触式检测方案。基于激光超声激励原理,纵波声场指向性以及电磁超声接收理论,搭建了钛钢复合板脱粘缺陷检测系统。在基材侧或复材侧,使用长度10 mm、宽度0.2 mm的脉冲激光线状光斑辐照于材料表面激励超声波,利用中心频率1 MHz的电磁超声纵波换能器在异侧对心处接收信号。探讨了主声束和换能器相对脱粘缺陷移动过程中信号幅值的变化规律,根据试验数据可知,随着换能器被缺陷遮挡长度的增加,信号幅值逐渐降低。当主声束和换能器被遮挡一半时,信号幅值降为粘接良好状态下的0.5倍。因此,可依据信号幅值的变化特征来判定脱粘缺陷,同时也说明了激光-电磁超声技术适用于钛钢复合板结合面的非接触式检测。     

紫外纳秒激光加工金刚石微槽工艺参数优化研究

金刚石微槽在微电子散热器件和光学器件等领域都有非常大的潜在应用价值。系统研究了激光脉冲能量、扫描速度、扫描次数、重复频率和离焦量对金刚石微槽形貌、微槽宽度、微槽深度及微槽深度与宽度的比值的影响规律。研究结果表明,金刚石微槽的深度与激光脉冲能量、扫描次数呈正相关,随着激光脉冲能量和扫描次数的增大,微槽深度逐渐增加,并且当激光脉冲能量达到200μJ,扫描次数增加到30时,微槽深度趋于稳定;金刚石微槽的深度与扫描速度呈负相关,当扫描速度为5 mm/s时,可获得深度较大的微槽;微槽的深度随着激光重复频率的增大而增加,当激光重复频率达到60 kHz时,微槽的深度趋于稳定。当离焦量从负值变化到正值时,微槽的深度先增加后减小,当离焦量为-1 mm时,微槽的深度达到最大。在激光脉冲能量为200μJ,扫描速度为5 mm/s,扫描次数为30,重复频率为60 kHz,离焦量为-1 mm的优化参数下,能够获得微槽深度与微槽宽度的比值大于12的金刚石微槽。     

5mm厚紫铜激光焊接接头组织及性能研究

为了研究离焦量对5mm厚紫铜激光焊接焊缝成形的影响和组织特征及性能,采用金相显微镜对焊缝组织及形貌进行分析,并对接头进行了拉伸及电导率测试。结果表明,在高离焦量绝对值时,易出现飞溅并造成焊缝表面孔洞,在离焦量0mm~-2mm范围内可获得成形良好的焊缝;焊缝纵截面柱状晶与焊接方向的角度由两侧的90°逐步降低为中间的0°,靠近焊缝上表面的柱状晶长度约为靠近下表面的柱状晶长度2.96倍,热影响区晶粒发生粗化,且离焦量+1mm对应的热影响区宽度最大;焊透情况下的不同离焦量对应的接头拉伸强度相当,可达母材的77.3%,离焦量0mm~-1mm对应的接头延伸率略高于离焦量-1mm~-4mm对应的接头延伸率,可达母材的54.9%;焊缝的电导率与母材几乎一样。该研究有利于获得成形良好的紫铜激光焊接接头。     

脉冲光纤激光加工36MnVS4连杆裂解槽的研究

为了获得新材料36 MnVS4连杆裂解槽的最优切割质量,采用光纤激光器对36 MnVS4连杆进行了裂解槽激光加工的工艺研究,分析了离焦量、峰值功率、脉冲宽度、切割速度和脉冲频率对裂解槽几何尺寸的影响,通过激光共聚焦显微镜测量对比,研究不同激光工艺参数下裂解槽几何尺寸的变化规律。结果表明:负离焦能加工出质量更好的裂解槽;峰值功率、脉冲宽度、脉冲频率和切割速度对槽深和张角的影响较大,对槽宽和曲率半径的影响较小,但在裂解槽深度为0.5~0.6 mm时,张角在10°~25°的较小范围内变化。     

飞秒激光旋切不锈钢微孔实验研究

为了解决飞秒激光高脉冲能量冲击打孔中时存在微裂纹等问题,提出了飞秒激光旋切加工方法。本文利用脉宽为120 fs的飞秒激光,选择0.5 mm厚度的304不锈钢进行旋切打孔实验。实验研究了激光旋切加工中离焦量和光楔的相对偏转角对孔直径的影响,以及激光离焦量对微孔锥度的影响。结果表明,随着离焦量的增大,孔径增大,同时锥度会减小后增加,当离焦量为0时,锥度最小为3.5°;微孔直径随之双光楔相对转角的增大而增大。此外实验发现冲击打孔孔壁出现微裂纹而旋切微孔的孔壁出现了纳米周期性条纹。     

激光多普勒检波系统的研究

为了进一步提高地震检波器的指标,研究了激光多普勒测量方法和微弱信号检测技术等,设计出了一种LD做光源的差动式激光多普勒检波系统,此系统采用高斯光束聚焦、大口径透镜接收,能接收到很强的多普勒信号,并且具有高的空间分辨力,同时,采用声光调制技术及锁相放大技术,提高了信号的信噪比,其结构简单、紧凑,装调方便,光能利用率和空间分辨力高,可测频率范围为0.5Hz～1000Hz;振幅范围为2μm～5mm;频率测量精度为0.6%;振幅测量精度为1%。     

大功率扩散冷却型Slab CO2激光器光束质量的研究

本文对国际上最新的大功率扩散冷却型Slab CO2激光器的光束质量进行了全面的测量与实验研究.从原始激光束的光束质量、通过导光系统后激光束质量、聚焦光斑的质量以及焦点漂移四个方面全面考察了Slab CO2激光器的光束质量以及光束的传输、聚焦特性.结果表明,Slab CO2激光器具有高光束质量,其M2因子非常接近1的理想值;激光束具有良好的传输和聚焦性能,可以长距离传输;使用焦距为300mm的聚焦镜聚焦,聚焦光斑的束腰半径约为134μm,光束横截面能量分布接近理想的高斯分布,焦深约为5mm,在加工范围内(3m),激光束的焦点漂移量大约为1mm.另外,采用Slab CO2激光器对厚度为10mm的低碳钢在不同的离焦位置进行激光深熔焊接实验,讨论了激光光束质量和焦深对焊接结果的影响.     

室内高速激光三角测距技术的设计与实现

为了实现室内大范围环境激光测距,采用三角测距原理设计了一套高速激光测距系统。该系统采用高分辨率线性CCD传感器采集环境信息并输出二值化信号,由32位单片机对二值化信号进行处理,利用分段拟合法得到的距离解算算法对二值化信号进行解算,从而得到激光光斑与测距模块镜头中心的距离;最后进行了实验验证。结果表明,测距仪具有714Hz的测量频率,最大测量距离为6311mm,最小测量距离为48mm,平均误差为2.8mm,最大测量误差为11mm。该测距系统可满足室内大范围环境测量的要求。     

高强镀锌钢激光填粉焊接工艺试验研究

为了研究高强镀锌钢激光填粉焊接工艺,采用正交实验法优化了激光功率、焊接速度、离焦量等焊接工艺参量。结果表明,激光填粉焊接速率过低时,焊缝易于产生熔质堆积和焊接孔洞;增大离焦量可实现粉末的有效利用;装配间隙为0.25mm（母材厚度的31%）时,高强镀锌钢激光填粉焊接的最佳工艺参量为激光功率1500W,焊接速率30mm/s,离焦量12mm,此时,焊缝表面成形良好,其拉伸试验断裂产生在母材。     

激光多普勒差动检波系统研究

为了满足地震勘探高精度、高分辨力的需要,进一步研究了多普勒测量技术和弱信号检测技术.设计了一种差动检波系统,采用相位光栅获得同光强、大夹角的测量光束,用扩束准直透镜组使两束高斯光束的束腰聚焦在被测物体上,得到最小光斑和平面波的叠加.使用大口径透镜收集散射光得到高信噪比的多普勒信号.其测量频率范围为0.3～1000 Hz,测量振幅范围为1.5～5 mm,频率和振幅的测量精度分别为1%和0.4%.     

模拟研究离焦量对7050铝合金Al/Ti熔覆过程的影响

针对7050铝合金表面激光熔覆Al/Ti复合粉体,建立了三维瞬态温度场有限元模型,模拟了不同离焦量条件下的熔池大小、温度梯度、冷却速度及形状控制因子.结果表明,熔池宽度与深度尺寸随着离焦量数值的增大先增大后减小,在离焦量为20 mm时熔池宽度与深度都出现了最大值.沿熔池深度方向(即Z向)的温度梯度数值最大,散热条件最好,表明熔覆凝固过程中的晶粒生长方向主要集中在Z向.离焦量为40 mm时的冷却速度最大、晶粒细小,离焦量为80 mm时的冷却速度最小、晶粒粗大,且得到实验验证.离焦量为60 mm时的形状控制因子最大,金相组织出现柱状晶;离焦量为80 mm时的形状控制因子最小,金相组织主要为胞状晶,并有相应的实验验证.