高功率橫流CO-,2-激光光束特性及其對加工質(zhì)量影響的研究.pdf

1、高功率CO2激光光束特性是決定激光加工質(zhì)量的重要因素，本文利用橫流CO2激光器及加工系統(tǒng)作為實驗研究平臺，系統(tǒng)地研究了高功率CO2激光束的能量特性、模式特性、焦點特性及其對材料深熔焊接、表面改性的影響規(guī)律。 (1)研究了連續(xù)橫流CO2激光器平－錐光學(xué)諧振腔的輸出光場分布，建立了光束模式的理論分析模型。比較了平－凹腔與平－錐腔的輸出光束特性，輸出光束發(fā)散角分別為2.6mrad、2.1 mrad，當(dāng)輸出鏡失調(diào)1.4′時，光斑缺失率分

2、別為16％、8％，當(dāng)反射鏡失調(diào)1.4′時，光斑缺失率分別為20％、5％，因此平－錐腔具有較高的抗失調(diào)穩(wěn)定性。提出了橫流CO2激光束的“時間光束質(zhì)量”概念以及三個評價參數(shù)：功率波動的頻率與功率波動之比(f<,VP>/VP)，光束直徑變化的頻率與光束直徑波動之比(f<,VD>/VD，光束中心變化的頻率與光束中心變化之比（f<,vc>/VC ），研究表明：此三個參數(shù)越大，光束的時間特性越好，穩(wěn)定性越高。 (2)建立了積分聚焦鏡焦點光場

3、分布的理論模型，實驗分析了焦點光場分布對表面改性質(zhì)量的影響，通過改變積分鏡中反射鏡邊長或入射光束質(zhì)量，在焦點處可得到“凸”形、均勻和“凹”形分布光強(qiáng)，“凹”形光束的硬化區(qū)更寬、更均勻一致，底部近似平底狀，更有利于表面改性處理。比較了平－凸透射聚焦鏡、拋物面反射式聚焦鏡對深熔焊接質(zhì)量的影響規(guī)律，當(dāng)光束垂直中心入射時，拋物面反射聚焦鏡比平－凸透射聚焦鏡的焊接熔深大15％，熔寬小10％；當(dāng)入射光束的偏移增加到0.6mm時，拋物面反射聚焦鏡的焊

4、接熔深迅速下降到低于平－凸透射聚焦鏡。 (3)實驗研究了高功率CO2激光光束特性對316L材料、Q235A材料、粉末冶金材料(PM)、三明治材料深熔焊接的影響，建立了激光功率(Kw)、焊接速度(m/min)、光束質(zhì)量因子、焦距(mm)與焊接質(zhì)量之間的關(guān)系，焊接熔深(mm)：焊接氣孔率：，焊縫強(qiáng)度(Mpa)：三明治材料的激光焊接缺陷主要表現(xiàn)為焊縫中大量的焊接氣孔和較多的銅，極大地降低了焊接強(qiáng)度，采用正面熔透1/2，反面完全熔透的焊