厚钢板激光焊接装置的研究

为满足激光厚板焊接对激光光束质量的要求,研制了多折非虚共焦非稳腔横流CO_2激光器以及厚钢板激光焊接装置。采用了外光桥、内光腔形式一级振荡,两级放大的非稳腔的光腔结构。多折非稳激光谐振腔结构可充分利用辉光放电区及其下游介质增益,获得足够大的高质量的激光功率输出。用有限元法,对该类型的激光谱振腔的特性进行了理论分析。分析结果表明,该多折非稳腔输出激光远场能量分布与多模激光能量分布相似,但非稳腔输出激光远场相位分布不存在180°跳变,因而能够将光束聚焦到厚板深透焊所需功率密度。焊接4mm的钢板,焊速超过了3.2m/min,深宽比大于2:1,焊接6mm钢板,焊速达2.1M/min以上,深宽比大于3:1,并可焊接8mm厚的钢板,通过试轧到0.3mm厚不断带,拉伸试验表明焊缝强度大于母材,说明焊缝具有良好的延展性和机械强度。

非热稳定非稳腔固体激光理论分析与实验研究

建立了包括非热稳定热力学模型、光学传输模型、能量转换模型及非稳腔模型的综合理论分析平台。理论分析得到以下主要结论:谐振腔长度变化对光束质量及光光效率的影响不大,对于给定的增益,激光最佳效率和光束质量分别对应不同的非稳腔放大率。提出非稳腔腔内相位板补偿介质静态畸变提高光束质量的技术措施,并开展实验验证,光束质量由补偿前的5.48倍衍射极限提升到补偿后的2.46倍,输出功率为12.1kW。