A kW Continuous-Wave Ytterbium-Doped All-Fiber Laser Oscillator with Domestic Fiber Components and Gain Fiber

We demonstrate a kW continuous-wave ytterbium-doped all-fiber laser oscillator with M1 domestic fiber compo- nents： a 7× I fused fiber bundle combiner, a fiber Bragg grating and a double-clad gain fiber. The oscillator operates at 1079.48nrn with 80.94% slope efficiency and shows no limit of temperature and nonlinear effects. These indicate that the passive fiber components and the gain fiber are all qualified for the high power environ- ment. No evidence of the signal power roll-over shows that this oscillator possesses the capacity to higher output with available pump power.

用于油井激光射孔的10 kW激光19×1空间非相干合束

激光射孔是油井完井工程领域一项具有前瞻性的技术,对提高石油资源采收率具有重要的应用价值。为提高油井激光射孔所使用的激光功率和激光传输的安全性,利用19台光纤传输972nm半导体激光器实现了10 kW级激光空间非相干合束。通过分析参与合束的准直激光束的半径、间距与合束激光的光斑重叠率之间的变化规律以及模拟合束激光横截面能量分布,完成激光空间非相干合束器的结构设计。在300mm的合束长度内实现了具有单一光束形态且最大合束功率达到10.441 kW、焦斑直径21 mm、线宽2.46 nm的空间非相干合束激光输出,合束效率达到98.2%。利用10 kW空间非相干合束激光完成了针对砂岩和钢板的地面激光射孔实验,射孔深度分别达到570mm和70mm。

30 kW光纤激光焊接铝合金离焦量对匙孔行为的影响

针对30 kW光纤激光焊接铝合金焊缝成形差的问题,采用高速摄像拍摄焊接过程中的熔池及匙孔图像,对比研究了不同离焦量对匙孔行为的影响。结果表明,离焦量对匙孔及熔池行为的影响较大;正离焦时,匙孔开口面积的波动程度较为剧烈,匙孔后壁易形成向上涌起的液柱,并伴随有大量飞溅的产生,匙孔开口面积的大幅度突变和液柱的回落过程会对液态熔池的稳定流动产生较大干扰,使焊缝表面出现凹陷和咬边等缺陷;负离焦时,匙孔开口面积在波动幅度和突变持续时间上均较小,-20 mm离焦量时,匙孔突变的扩大-收缩持续时间仅为正离焦量的1/3,且液态金属上涌形成液柱的趋势也较小,焊接过程更稳定,焊缝表面成形的质量得到了明显改善,单道激光焊缝熔深可达29 mm。

千瓦级光纤激光器的研究进展

综述了目前高功率光纤激光器的的研究进展,以及高功率光纤激光器发展的关键技术。介绍了三种千瓦级光纤激光器,即任意形状光纤激光器、并行测向泵浦光纤激光器、包层泵浦多纤芯光纤激光器,并且对这三种方式的工作原理和结构特点进行了阐述。

高功率矩形光斑激光非相干空间合束

激光表面热处理技术是进行金属材料表面强化和改性的最有效手段之一。为实现高速、柔性激光表面热处理,按照矩阵平行排列18束光纤输出的972 nm半导体激光束,通过光束准直和空间非相干合束,获得了具有矩形光斑特征的10 kW级合束激光。在理论分析准直激光束的半径、相邻光束间距与合束激光的光斑搭接率之间变化规律、采用Code V光学设计软件建立合束器结构模型及TracePro光学仿真软件模拟合束激光光斑能量分布的基础上,完成了10 kW级18×1矩形光斑激光非相干空间合束器的研制。在200 mm的合束长度内实现了具有单一矩形光斑形貌、最大合束功率10.249 kW、焦斑尺寸31 mm×11 mm、中心波长972.34 nm、谱线宽度2.27 nm的合束激光输出。

中厚钢板万瓦级光纤激光焊接技术研究现状

文中从万瓦级光纤激光深熔焊接熔池行为及羽辉特性、焊接缺欠的抑制、焊接工艺的开发及工程应用等方面,对相关技术的国内外研究现状、发展趋势及存在的问题进行了比较系统地阐述和分析。其中,对于中厚钢板的激光焊接,在功率达到万瓦以上时,如何保证焊缝质量是目前万瓦级激光焊接技术能否获得应用的关键问题之一,而羽辉的存在是影响万瓦级激光焊接稳定性的一个主要因素,利用侧吹法、局部负压法和真空法可以在很大程度上降低羽辉对激光能量的影响;此外,焊缝塌陷和底部驼峰的产生也是阻碍万瓦级激光焊接技术应用的主要技术难题,通过改变焊接姿态、采用电磁支撑系统、底部气压法或焊缝背面强制成形的方法有助于获得良好的焊缝成形。

万瓦级光纤激光焊接工艺研究

为研究万瓦级光纤激光自熔焊接焊缝成形规律,进而实现30 kW激光功率条件下焊缝的良好成形,试验以30 mm和40 mm厚Q235低碳钢为研究对象,在平板堆焊基础上,分析不同激光功率、离焦量、焊接速度和侧吹压力条件下的焊缝成形特征,并利用自制小型侧吹装置进行了工艺参数优化和焊缝成形控制。结果表明,万瓦级激光焊接时,特别是当激光功率达到30 kW时,单一通过离焦量或焊接速度的改变难以获得良好的焊缝成形,焊缝均匀性差、焊接飞溅大;通过在试板上方施加横向侧吹并在侧吹压力为0.3~0.4 MPa时,可有效改善焊缝成形,减少焊接飞溅,同时焊缝熔深可提高20%以上;通过工艺参数的进一步优化,最终在横向侧吹压力为0.4 MPa、焊接速度为0.6 m/min时实现了30 kW激光焊接时焊缝表面成形的良好控制。