脉冲激光微型焊接的理论和应用

本文阐述了脉冲激光微型焊接的机理和特点.总结了薄片与薄片的焊接、密封接缝焊接、丝与丝焊接的工艺和参数的试验研究成果.     

汽车发动机排气阀脉冲激光焊接实验研究

采用YAG激光作为焊接热源,对汽车发动机排气阀的激光焊接工艺进行了实验研究。实验结果表明：对焊面的打磨、抛光和紧密接触对防止焊缝中产生过多的气孔和提高焊缝的机械性能有重要作用;激光功率密度、焊接速度、脉冲宽度和脉冲频率四个参数是实现脉冲激光焊接的关键因素。经理论推导,确定了在脉冲激光最大平均输出功率300W、单脉冲能量60J、脉冲频率5Hz、焊接速度0.75mm/s的限定条件下,最佳工艺参数组合为脉冲宽度8ms和峰值功率7.5KW。与经传统摩擦焊所得焊缝质量相比,其抗剪切强度有明显提高。     

真空环境脉冲激光焊接工艺分析

激光焊接技术广泛地用在了常规加工领域，在非常规加工领域更显示出了无可比拟的优越性．从实验的角度研究了脉冲激光焊接在真空环境下在能量转换器封装中的应用，分析了焊接过程中几种工艺问题和产生机理，提出了解决这些工艺问题的建议．     

脉冲激光焊接温度场的红外热成像法测量

温度场是影响焊缝微观组织和力学性能的关键因素,传统的温度场测量方法响应时间长、测量精度差,为了解决这一问题采用非接触式的红外热成像法进行殷瓦钢激光焊接温度场的测量。利用测量的温度场数据计算焊接温度梯度和焊后冷却速率,分析激光焊接的温度场分布特点。学生通过实验操作了解并基本掌握了激光焊接和红外测温方法,同时锻炼了实验数据处理及分析的能力,为提高科研能力、解决科研问题提供基础。     

Ti6Al4V脉冲激光焊接头高温力学性能研究

为了研究温度对钛合金薄板脉冲激光焊接头拉伸性能和疲劳性能的影响,采用与母材对比的实验方法,分别测试了不同温度下母材和激光焊接头的拉伸和疲劳性能,并利用扫描电镜对拉伸和疲劳断裂后的试样断口和组织进行观察。结果表明,Ti6Al4V脉冲激光焊接头和母材试样的拉伸强度和疲劳寿命随着温度的升高而降低,300 ℃时母材和接头的抗拉强度分别降低了26.2%和31.6%,疲劳寿命分别降低了83.6%和77.8%;通过对疲劳断裂后的组织观察,发现Ti6Al4V脉冲激光焊接头的疲劳损伤集中于焊缝区域,并且随着温度的升高,Ti6Al4V脉冲激光焊接头和母材试样表面的组织变形程度增大从而导致了疲劳寿命的降低。研究结果对提高钛合金寿命和使用安全性有参考价值。     

脉冲激光填丝焊接薄板熔池流动行为分析

本文使用VOF方法对熔池自由表面进行追踪,将焊丝简化为熔滴,建立了脉冲激光填丝焊接薄板三维数值模型,揭示了脉冲激光填丝焊接0.5 mm厚Hastelloy C-276薄板熔池流动行为,通过焊缝余高尺寸及熔合线形貌验证了模型的可靠性.结果表明,熔滴作用前,熔池上表面区域主要存在由表面张力导致的熔池边缘向熔池中心的流动,最大速度出现在熔池中部且指向熔池下表面,达到了m/s量级;在熔池下表面区域的流动形式是表面张力及熔池中心流动共同作用的结果,在下部形成两个方向相同的涡流;焊丝的熔入对熔池流场有显著的影响,熔滴对熔池的冲击作用改变了熔池原有的对流方向,使表面张力主导的熔池对流特征消失;熔滴熔入过程中熔池最大速度出现在熔滴熔入位置,约为1.74 m/s.在熔滴冲击与熔池表面张力联合作用下,熔池表现出振荡特性,随后熔池内流动再次回到由表面张力驱动的对流形式.激光脉冲结束后,熔池下部固液界面继续向母材区域扩展约3-4 ms,这种现象与激光的脉冲作用、熔池内的流动及Hastelloy C-276的物性参数有关.     

激光焊接

最近,美国科学家发明了一种激光焊接技术,用于焊接各种商品包装金属容器。这种激光焊接技术不久将取代传统的电阻熔接技术。传统的金属容器焊合方法速度慢、代价高,最重要的是它焊接成的容器接缝非常突出,焊棱不易磨平而且易开裂。使用激光焊接技术的焊接速度为传统焊接技术的2—3倍,生产费用显著降低,能量消耗降低45%。这种技术最优越的一点是,金属容器焊接面积小,外表很平,几乎看不出     

仿真线形成激光脉冲的研究

本文通过理论分析和实验,讨论了仿真线储能系统与光泵的匹配关系,研究了当脉冲氙灯放电电阻与仿真线网络特性阻抗失配时对激光光泵电能利用率及波形的影响,并简述了如何从仿真线的结构改变获得脉冲顶部变化的波形,比较了J.P.Markiewicz等人关于单L.C网孔对氙闪光灯放电的分析方法与结论。     

激光深穿透焊接的研究

采用侧吹气体来抑制等离子体对激光能量的屏蔽，取得了比较满意的焊接效果，同时还讨论了激光功率，焊接速度及透镜离焦量对激光深穿透焊接的影响。     

Hastelloy C-276合金脉冲激光焊接熔池流动行为分析

根据传热学和流体力学基本原理建立瞬态Nd:YAG脉冲激光焊接熔池三维数值分析模型,研究Hastelloy C-276合金薄板脉冲激光焊接过程中熔池液态金属流动的基本规律.利用Fluent软件,采用有限容积法求解控制方程,用SIMPLE算法处理压力与速度耦合.引入Ma来评价焊接熔池的流动特性,并指出了焊接熔池中出现重熔轮廓线的原因.通过与实测温度场对比,验证了所建模型的准确性.模拟分析表明:脉冲激光焊接过程中存在较微弱的Marangoni对流现象;牛顿剪切应力的存在使熔池表层流体对流剧烈.此模型可为Hastelloy C-276合金薄板脉冲激光焊接熔池流体流动行为分析提供理论依据.     

脉冲参数对脉冲MIG焊焊接行为的影响研究

针对自行开发的软开关逆变电源,设计了脉冲参数影响规律研究的工艺实验平台。实验根据一脉一滴的原则,改变峰值电流、峰值时间、基值时间,采用小波分析仪采集焊接过程的电流电压信号,并用高速摄像机获取熔滴过渡图像,结合两者处理结果分析表明,脉冲参数直接影响熔滴过渡过程,峰值电流和峰值时间之积对熔滴过渡影响显著,基值时间和基值电流对熔滴过渡影响不大。     

微型三角件的微塑性成形技术研究

为研究微型零件的微塑性成形工艺,设计加工微型模具,借助扫描电镜对成形件的表面形貌进行观察和分析,用照片放大的方法测量成形件尺寸,分析成形应力、摩擦等对成形的影响。结果表明增大成形应力有利于提高微塑性成形性能,成形件几何尺寸精度依赖于模具的尺寸精度,采用塑性成形工艺可以成形出微型零件。     

微型激光配光仪

本仪器利用激光作为准直,转台体积小型化,可测量灯具(及光源)的配光曲线、效率、光通量等全部参数,提供给照明工程设计之用.亦可作为测量荧光灯的配光曲线的实验教学用.附实例.     

脉冲激光引信信号处理技术研究

分析了六象限脉冲激光引信的工作原理,以直升机为目标,建立了识别直升机旋翼和机身目标信号的识别准则.分析了对信号进行预处理的必要性及信号预处理电路的功能,用DSP硬件和软件实现了在复杂环境下判断有无目标以及当有目标时判断目标的距离与方位,给出了相应信号处理的软件流程.实验结果表明,用DSP技术实现脉冲激光引信信号处理是可行的.     

多通道脉冲激光探测技术研究

在介绍多通道激光探测系统工作原理的基础上,设计了一种基于数字化的激光探测系统,采用一种基于抛物线内插互相关时延估计的激光定距方法,从而进一步提高定距精度. 该系统采用6路双通道ADC并行采样,具有较好的实时性. 仿真结果表明,互相关时延估计算法能够在低信噪比（R_SN=-7 dB）下实现定距,最大距离误差为0.74 m.      

脉冲式半导体激光测速仪的研究

阐述了半导体激光技术发展现状，国内测速仪的应用现状、现有激光测速仪存在的弊端。提出了脉冲式半导体激光测速仪具体设计方案，对误差来源进行分析，并采用模数转换技术A／D电路来提高测速精度。     

飞秒激光脉冲倍频的实验研究

利用2mmKDP晶体对中心波长790nm、脉冲宽度75fs、晶体表面强度约1011W/cm2的超短超强激光脉冲进行了倍频实验研究。通过对基频脉冲能量及频率啁啾的优化,可以获得高于40%的能量转化效率。观测了基频脉冲频率啁啾对倍频光产生的影响,发现激光脉冲啁啾为零时对应的倍频转化效率最高;对于相同的光栅相对位置,正啁啾基频脉冲的倍频转化效率高于负啁啾。