激光熱處理光束優(yōu)化系統(tǒng)研究及其裝置設計.pdf

1、激光熱處理是一種表面熱處理技術。即利用激光加熱金屬材料表面實現(xiàn)表面熱處理。由于激光加熱的功率密度極高，工件傳導散熱無法及時將熱量傳走，使得工件被激光照射區(qū)迅速升溫到奧氏體化溫度實現(xiàn)快速加熱；當激光加熱結束，因為工件基體大體積中仍保持較低的溫度，被加熱區(qū)域通過工件本身的熱傳導迅速冷卻，從而實現(xiàn)淬火等熱處理效果，對零件進行表面強化。
　　 激光熱處理有著傳統(tǒng)熱處理無法比擬的優(yōu)越性，例如它可以精確控制熱處理區(qū)域以及工件變形小等。我國自

2、20世紀70年代末研制成功千瓦級CO2激光器之后，激光熱處理的工業(yè)應用取得了重要的成就。但是，時至今日，激光熱處理在工業(yè)上的應用情況遠遠低于最初的估計，其中一個重要原因是光束的質量限制了激光技術的應用水平。
　　 激光光束形狀和能量分布直接限定了激光加工的應用。為滿足不同的激光加工要求，必須對激光光束進行光束變換。激光束的光強分布以及光斑形狀對激光熱處理硬化層性能影響極大，一般要求光強均布的矩形光斑或寬帶光斑；但是光強均布的激光

3、束不一定產(chǎn)生均勻的硬化層，目前的激光熱處理光束優(yōu)化裝置得到的是中間厚，兩邊薄的月牙形分布的硬化層。
　　 為了改善激光熱處理硬化層分布，在分析國內(nèi)外激光熱處理光束優(yōu)化系統(tǒng)研究現(xiàn)狀以及存在問題的基礎上，提出了兩種光束優(yōu)化系統(tǒng)的設計方案，激光掃描環(huán)形光斑和線形光斑。建立了兩種光斑溫度場的數(shù)學模型，模擬其溫度分布，得到了激光功率密度分布形狀良好的激光束，從理論上說明了兩種方案能夠改善激光熱處理硬化層分布及熱作用效果。在理論分析的基礎上