偏转激光切向修整凹形面金刚石倒角砂轮的研究

为了减小凹形面金刚石砂轮的激光修整误差,建立激光遮蔽效应和激光斜面分散效应误差模型,分析了激光切向修整凹形面金刚石砂轮的误差来源,提出了偏转激光修整凹形面成形砂轮法,并通过理论分析和实验验证,探索了修整参数对凹形面砂轮轮廓精度和圆弧半径的影响。结果表明,在1°~1.5°的偏转角范围内,斜边轮廓修整精度为8μm;在合适的偏转角度下,圆弧半径误差小于10μm;在修整凹弧半径为0.2 mm和0.5 mm、补偿半径分别为0.03 mm和0.06 mm时,凹弧半径误差分别缩小0.02 mm和0.03 mm。偏转激光修整法有效地提高了修整精度,减小了修整误差,为凹形面金刚石修整提供了新思路。

激光修整青铜金刚石砂轮预测模型与优化研究

为了根据实验规律获得更多激光修整青铜金刚石砂轮的工艺参数,采用反向传播(BP)神经网络和粒子群遗传混合优化算法(PSO&GA),建立了激光修整青铜金刚石砂轮的预测模型。首先通过分析激光修整的原理得出砂轮型面角度、激光偏转角度、入射角度和光斑重叠率为主要影响参数,并以砂轮型面角度误差和峰谷(PV)值为评价指标修整了192组工艺实验数据;建立了4×9×2的3层BP神经网络预测模型,通过PSO&GA混合优化算法对预测模型进行训练优化;最后选取16组实验数据测试BP神经网络预测模型,预测结果比较准确;并对比了梯度下降法(GD)、粒子群优化算法(PSO)和遗传算法(GA)的BP神经网络的训练效果。结果表明,经PSO&GA-BP预测模型角度误差预测偏差在0.2°以内,PV值预测偏差在1.6μm以内,相较于其它优化算法,收敛速度更快、精度更高。该研究为激光修整青铜金刚石砂轮提供了良好的预测模型。

激光切割板材表面质量研究综述

从激光切割的优点、表面质量内容及其影响因素和激光切割板材表面质量研究进展进行了综述,最后说明了激光切割板材表面质量机理的研究将更加深入和透彻,尤其对于激光切割动态行为和在线监测以及三维切割的研究将倍受重视。

碳纤维复合材料皮秒激光切割工艺研究

为了研究100W皮秒激光对碳纤维复合材料(CFRP)切割工艺,采用单因素实验方法,进行了理论分析和实验验证,得到了平均功率、重复频率、扫描速率、扫描次数对热影响区及扫描深度的影响规律,并对1.5mm厚碳纤维复合材料板进行了切割实验。结果表明,选取平均功率为60W、重复频率为0.4MHz、扫描速率为10m/s、轨迹重复扫描20次、切缝上表面宽为350μm等适当参量时,得到的直线切缝和圆形切孔的热影响区极小。这为皮秒激光切割CFRP的进一步研究与工业应用提供了参考。

脉冲光纤激光修锐青铜金刚石砂轮试验研究

为了寻求超硬磨料砂轮的修锐新方法,采用脉冲光纤激光径向辐照,对青铜结合剂金刚石砂轮进行了修锐试验研究。理论分析了脉冲激光修锐青铜结合剂金刚石砂轮的基本原理;借助超景深3维显微系统和粗糙度测试仪,获得了脉冲光纤激光烧蚀青铜结合剂轮烧蚀凹坑的表面形貌和深度,总结了激光平均功率、脉冲重复频率和离焦量等参量对烧蚀效果的影响规律;根据试验结果选择最佳工艺参量(P m=20W,f=70kHz,Δ=0.0mm),开展了激光修锐青铜结合剂金刚石砂轮的试验,并采用超景深3维显微系统对修锐后的砂轮表面形貌进行观测。结果表明,在合理工艺参量下,脉冲光纤激光径向辐照修锐青铜结合剂金刚石砂轮,可获得良好的修锐效果。

提高激光切割精度的试验研究

分析了焦数比、聚焦光斑直径、辅助氧压和切割速度对 CO2 激光切割切缝宽度、切缝粗糙度等的影响 。

非熔透激光搭接焊薄钢板的试验研究

为了研究薄钢板的非熔透激光焊接的焊接质量,采用光纤激光及CO_2脉冲激光对SUS304奥氏体不锈钢和SPCC冷轧碳钢薄板进行了非熔透搭接焊试验,分析了影响非熔透激光焊接的主要因素,并对接头的组织和力学性能进行了测试,得出激光功率、焊接速率、离焦量、脉冲频率、占空比等主要工艺参量对焊缝成形及试件性能的影响规律。结果表明,在适宜的焊接工艺参量下,非熔透激光焊接焊缝形貌平整连续;焊缝强度达到母材强度的50%以上;焊缝区的显微硬度高于母材。

激光切割板材切口波纹和挂渣研究综述

综述激光切割表面质量内容及其影响因素和激光切割板材切口波纹和挂渣研究进展。

砂轮激光修整设备及参量选择的研究

为了选择合适的激光设备及参量,以便提高激光修整砂轮效率和精度,采用300W氙灯抽运YAG普通脉冲激光器、80W声光调Q YAG脉冲激光器对青铜金刚石砂轮进行了单脉冲和连续脉冲烧蚀试验,借助于显微镜分析了激光作用后砂轮表面的微观形貌,并通过理论推导,得出一组公式,在考虑砂轮修整精度和效率的前提下,有效地缩小激光器及参量的选择范围,有助于针对不同的砂轮选择更为合适的激光参量进行更有效的修整。结果表明,声光调Q YAG脉冲激光器比氙灯抽运普通YAG脉冲激光器单脉冲能量小、脉冲频率高、脉宽窄、峰值功率高,更适合用于砂轮的高精度、高效率修整。

激光熔覆成形金属薄壁结构的试验研究

试验研究了较低功率的激光熔覆成形金属薄壁结构及其影响因素。成形金属薄壁结构的能力对零件薄壁部位的成形和小型零件的制造十分重要。由于传统的激光表面处理工艺观念的影响、对激光单道熔覆成形薄壁结构过程及其规律的认识不够,目前成形薄壁结构的能力较差。试验研究了用与表面处理工艺不同的、功率和光斑尺寸较小的CO2激光进行单道熔覆成形薄壁试样,试验结果表明较低功率、较小光斑的激光与适当的扫描速度、送粉速度等配合可以得到壁厚最小为0.4 mm的薄壁结构。激光单道熔覆的壁厚与工艺参数和工件高度有关,粉末流与激光束之间的同轴度和送粉速度的稳定性等因素也影响薄壁结构的成形。

高功率激光焊接SUS304不锈钢数值模拟与试验研究

针对高功率激光焊接SUS304不锈钢形成"钉子头"型焊缝缺陷的原因进行数值模拟,并通过试验进行对比。首先,利用COMSOL Multiphysics4.3a有限元软件建立了激光焊接熔池流动和传热耦合的三维模型。模型考虑Marangoni力、浮力和潜热共同耦合的熔池传热和流体流动,通过添加源项处理过渡区固-液相变问题。其次,分析了Marangoni对流对温度场、流场及熔池形貌的影响机制。最后,基于模型对SUS304不锈钢进行了激光深熔焊接试验。结果表明:Maragoni对流是导致上表面高温熔融金属液向熔池边缘流动,致使熔宽增加,从而形成"钉子头"型焊缝的原因。试验结果与模拟结果基本吻合,焊接速度从25 mm/s降低至10 mm/s,熔宽和熔深均增加,熔合线曲率越大,"钉子头"型焊缝越突出。

激光深熔焊细长小孔数值模拟与试验研究

为了准确模拟焊接过程中小孔的瞬态形成过程,采用水平集法追踪小孔气/液界面,运用混合理论处理固/液相变,建立了气、液、固三相耦合模型。该模型综合考虑了表面张力、浮力、反冲压力、固/液间摩擦力、潜热、对流以及辐射等影响因素,数值计算得到小孔演变的动态过程和孔内外金属蒸汽行为。模拟发现,小孔形貌瞬态变化,前后壁凹凸变形,逐渐趋于稳定,孔径约为1mm;金属蒸汽与小孔相互影响,最大蒸汽速率为5.3m/s。采用改进的"三明治"方法进行激光焊接实验验证,实验结果与模拟结果相吻合。结果表明,水平集法追踪小孔自由界面在激光深熔焊模拟中具有良好的适用性。这为小孔的研究提供了理论依据。

三维激光烧蚀加工的试验研究

针对激光烧蚀加工出三维表面所存在的几个问题，即沿光轴方向的尺寸精度，必要的表面粗糙度和表面完整性，设计了一种扩束－无球差聚焦光路系统，并配合适当的激光焦斑峰值功率密度，大大改善了直接切削的尺寸精度，从传热学角度分析了激光烧蚀的能量传输，获得了对激光烧蚀过程的了解，以陶瓷为例的激光烧蚀实验证实了这一分析的正确性，从而为改善激光烧蚀加工的表面粗糙度提供了依据。

车身覆盖件的三维激光切割转角过烧的研究

本文论述了三维激光切割技术在车身制造中的应用,探讨了三维激光切割中的难点。采用CO2激光在三维五轴数控切割机床上对车身覆盖件进行了切割工艺试验,对入射角和激光型式进行了深入的研究,并分析了对切割质量的影响。试验结果表明,入射角在临界角度内,对切缝宽度、切割面粗糙度和切割面波纹的影响不大,但超过这个临界角度,切割质量很差;在切割转角处时,应尽可能采用脉冲激光进行切割,避免转角处因热量过于集中而产生过烧,从而获得较好的切割质量。

激光深熔焊接小孔内等离子体的反韧致辐射吸收研究

在假设小孔为圆柱形的基础上,通过跟踪光线在小孔内的多次反射轨迹,对激光深熔焊接过程中小孔内等离子体的反韧致辐射吸收进行了研究,计算了小孔孔壁上吸收的激光功率密度,分析研究了孔壁的多次反射次数、聚焦透镜的焦距以及小孔直径等因素对孔壁上的激光功率密度分布的影响.计算结果表明:小孔孔壁通过等离子体的反韧致辐射吸收的激光功率密度主要取决于等离子体对直射激光的反韧致辐射吸收,小孔孔壁的多次反射光只对小孔下部孔壁的激光功率密度分布有一些影响.随着聚焦透镜焦距的增大,小孔孔壁上吸收的激光功率密度峰值减小,但分布区域向小孔深处推移.最后,对小孔孔壁上吸收的激光功率密度与小孔的尺寸之间的关系进行了讨论.小孔的尺寸取决于孔壁上吸收的激光功率密度大小.激光功率密度越大,小孔直径越大.

激光深熔焊接小孔孔壁上的反射吸收研究

在假设小孔为圆柱形的基础上,通过跟踪光线在小孔内的多次反射轨迹,对激光深熔焊接过程中小孔孔壁上的反射吸收进行了研究,计算了小孔孔壁上吸收的激光功率密度,分析研究了孔壁的多次反射次数、聚焦透镜的焦距以及小孔直径等因素对孔壁上的激光功率密度分布的影响.最后,对小孔孔壁上吸收的激光功率密度与小孔尺寸之间的关系进行了讨论.

6061铝合金超声波辅助激光焊接变形控制研究

为了解决6061铝合金在激光焊接过程中出现的易变形、变形大的问题,采用施加超声波以辅助焊接的方法,以1mm厚的6061铝合金薄板为研究对象展开超声波辅助激光焊接试验,探究超声波对6061铝合金焊接变形的抑制作用;利用单因素试验方法分析了超声波功率对焊接变形的影响规律,设计包括超声波功率、激光功率、焊接速率、离焦量、保护气流量在内的五因素五水平正交试验,分析了超声波功率以及常规焊接参量分别对焊接变形的影响程度,并获得了能够得到最小变形的工艺参量组合。结果表明,焊接变形会随着超声波功率的增加而减小,超声波功率800W时较无超声情况下试件的挠曲变形及角变形分别减小了51.27%和51.46%;同时,当激光功率为1000W、焊接速率为5m/min、离焦量为+1mm、保护气流量为15L/min、超声波功率为800W时,可以获得变形最小的试件,所得到的试件挠曲变形量为0.42mm,角变形量为0.26mm。此研究为超声波辅助焊接在控制薄板焊接变形方面的应用提供了一定的工艺和理论参考。

在两种不同工艺下激光与电弧复合焊接研究

分别研究较高功率密度的CO2激光-电弧复合焊接和在含1％CO的密闭室中低激光功率密度的CO激光-电弧复合焊接。研究表明,前者能获得比单用激光焊接更大的熔深,后者相对单个电弧焊接方法的焊接能力大大增强。这两种激光-电弧复合焊接方法各自在某些领域能得到良好的应用,具有很好的发展前景。

玻璃激光焊接气孔控制研究

为了获得成形良好、气孔少的玻璃焊接焊缝,采用在中间层添加对激光波长不透明玻璃料的方法,对玻璃与玻璃激光焊接中出现的气孔问题进行了研究。以半导体激光作为热源,搭建了用于玻璃与玻璃激光焊接的成套焊接设备,对玻璃与玻璃激光焊接工艺进行了实验研究。通过分析气孔分布特征,统计焊缝气孔率,测量气孔尺寸,对比焊缝正、反面形貌差异,研究了激光平均功率、焊接速率等工艺参量对焊缝气孔产生的规律及表面形貌的影响。结果表明,当激光功率过小、焊接速率过慢时,不利于抑制焊缝中气孔的产生,并且出现未焊上的情况;随着激光功率、焊接速率的增加,焊缝当中的气孔率显著上升;在激光功率P=35W、焊接速率v=0.1m/min、离焦量d=-15mm时,可获得成形良好、气孔直径在3.696μm以下且分布均匀的焊缝,连接强度高。此研究可为玻璃的激光封接制造提供理论依据,具有广泛的工业应用前景。

基于响应面法的玻璃激光焊接焊缝及气孔研究

为了获得气孔率低、玻璃料完全熔化、形貌良好的焊缝,采用响应面法中的设计原理,建立了玻璃激光焊接中焊缝缺陷面积占比率与工艺参数(预烧结峰值温度、激光功率、焊接速率和离焦量)的数学模型。基于所建模型,理论分析了各工艺参数对焊缝缺陷面积占比率的交互影响趋势,并对工艺参数进行了优化。结果表明,在预烧结峰值温度为440℃、激光功率为37W、焊接速率为0.1m/min、离焦量为14.4mm的优化参数下进行实验,焊缝中气孔面积和玻璃料未完全熔融面积之和仅占焊缝总面积的0.512%,与模型预测结果吻合,焊缝表面形貌良好,焊缝剪切强度为17.765MPa,高于标准值。该模型优化出的工艺参数是合理的,该研究有助于提高玻璃激光焊接质量。