PE工业激光及其应用

PE工业激光及其应用

金属零件分层制造中表面激光光整技术的研究

曹　彪　张海鸥　王桂兰　汪　亮

(华中科技大学模具技术国家重点实验室,武汉430074)

分层制造在降低零件复杂度、提高制造速度的同时,也带来了其他的问题,其中之一就是所得制件的制造精度及表面光洁度难以提高,其主要精度损失就是它所特有的阶梯误差,分层制造后产生的台阶必然带来精细轮廓的损失及表面粗糙度的增加,这是快速成形工艺的原理性误差。

针对这一制约快速成形,特别是快速制模技术发展的瓶颈问题,许多学者在各方面开展了相关的研究工作,提出了诸如自适应分层技术以及CNC表面铣削光整技术等。本文引入激光光整技术,利用激光对分层造型中出现的侧表面台阶进行切削修整,以提高制件的轮廓精度及表面光洁度。

以不锈钢薄板为试验对象,采用Rapido5数控五坐标联动激光切割设备,研究了不锈钢薄板激光切割中各因素对切割表面质量的影响;重点考察了切口表面粗糙度;取得了切割的最佳工艺参数;同时结合分层制造的特点,分析研究了试验中出现的问题及解决方法。试验结果表明,在最佳工艺条件下,所得切割表面的粗糙度Ra值最高可达1～2 m。(PE1)

保护气成分对铝合金大功率激光焊接的影响

陈　铠　肖荣诗　王智勇　左铁钏

(北京工业大学激光工程研究院国家产学研激光技术中心,北京100022)研究使用Ro fin公司扩散冷却的(Slab)CO2激光器Plasma T w in10C型送粉器以及专用同步送粉系统进行实验,母材是汽车和航空工业常用6000系列铝合金(A g-M g-Si)。试验结果表明,在铝合金的对接扫描焊和送粉焊试验中使用10～30L/min的氦保护气流量均不能提供有效的保护以获得高质量的焊缝,气孔、咬边、焊缝不连续以及焊缝表面不平滑是常见的缺陷。在随后的试验中对铝合金的对接焊进行了不同气体、不同比例的混合保护气体试验。结果表明,使用(10～20L He加1～5L N2)/min的混合气体取得了成功的结果,焊缝表面平滑且没有明显的焊接缺陷。而其它混合气体配方(10～30L He加5～10L A r)/min、(10～30 L He加5～10L N2)/min以及不同比例的上述三种气体组成的混合气体则在焊缝表面存在不同程度的缺陷。在添粉的激光焊接中氮气是作为送粉气来使用的,流量是1～5L/min,取得了良好的焊缝成型及性能。X射线衍射结果表明,熔敷金属未见氮化物相存在。焊接接头的拉伸试验结果显示,送粉激光焊的焊接接头拉伸强度略高于母材,断裂发生在母材;而扫描激光焊的焊接接头拉伸强度可达母材的86%,而且屈服首先发生在母材位置。(PE2)

镀镍电池壳脉冲YA G激光缝焊工艺

陈　俐　胡席远　胡伦骥

(华中科技大学材料学院,武汉430074)

研究了低功率脉冲Y A G激光对电池壳封焊的应用。封焊接头由缝焊形成,焊接过程中熔入到焊缝中的镀镍可导致焊接裂纹产生,为此脉冲YA G激光焊接工艺必须保证焊缝有足够的致密性、良好的焊缝成形和表面光洁度,以及裂纹的防止。脉冲激光焊接主要工艺参数有脉冲重复率、脉冲宽度、脉冲放电电压、激光光斑的离焦量、焊接速度,这些参数的合理匹配,可获得理想的激光平均功率、激光功率密度和激光峰值功率。本研究表明采用正离焦焊接时,当激光功率密度达到一临界值时,焊缝可有效地避免裂纹的形成,激光平均功率达到一定值时可保证工件熔透,并有适当的熔宽,但激光功率密度过大将导致焊缝出现切割效应,而激光平均功率过大则引起焊缝表面严重下凹而使焊缝成形恶劣。脉冲重复率和焊接速度的合理匹配是焊缝致密性和表面质量保证是主要因素。(PE3)

激光在圆柱形工件上产生的热场和激光淬火模拟

陈庆华VAGLIO Patrik　DEVOT Caty (昆明理工大学材料与冶金工程学院材料系,(巴黎高等机械工程学院EN SA M de Par is,

昆明650093)F rance)

运用差分法建立了圆柱体表面激光产生热场的计算,对不同的激光分布进行了模拟研究,给出了不同尺寸圆柱形物体的热场模拟。结果表明,激光在圆柱体上产生的热场与激光强度分布、圆柱体半径大小有关,在圆柱体半径较小时,激光热处理的自冷却条件不成立,因此,如果对圆柱表面进行热处理,必须注意有临界尺寸效应,超过该临界尺寸,可以进行激光自冷却热处理,小于该临界尺寸不能用激光自淬火热处理,必须加以辅助冷却;同样,对于管状物体也必须注意热处理时自淬火条件是否满足,否则,必须采取辅助冷却手段,以便获得适当的淬火层。

在模拟的同时,用相关尺寸的圆柱形和圆管形试样进行了热处理研究,试验结果和模拟结果进行了比较,充分肯定了模拟结果的正确性。同时,从模拟结果和实验结果的误差分布可以看出,激光热处理时,如果吸收层的不稳定会带来模拟和试验控制的困难,因此,除了研究模拟问题外,必须解决激光在试样表面的稳定吸收问题,否则,模拟结果和实验结果是不可预计的。(PE4)

直径检测中消除激光功率波动对测量结果影响的方法

贾书堂　章　钦　徐新军　袁会敬　宋才秀

(河北省科学院激光研究所,石家庄050081)

介绍了一种激光扫描法测量玻璃管外径中消除激光功率波动对测量结果影响的电路,阐述了激光扫描法测量外径的原理和引起激光功率波动原因,并给出硬件框图。激光扫描计量技术是利用激光扫描来计量物体几何尺寸的技术。这是一种非接触动态测定物体尺寸的光学技术。它的原理是利用激光的方向性和高能量密度的特点,把几何尺寸的测量转换成对扫描时间的测量。当激光光束高速扫过被测玻璃管时,检测电路输出的电压幅值将随激光功率波动而随之波动,使得输出数据不稳定,影响测量精度。采用中间值比较的玻璃管波形检测电路有效的消除了激光功率波动对测量结果的影响,从而保证了仪器的精度和稳定度。(PE5)

激光数字图像精密雕刻技术研究

蒋　明　王　英　陈培锋　刘晓东　丘军林　黄维玲

(武汉华中科技大学激光技术国家重点实验室,武汉430074)

激光数字图像精密雕刻技术是激光技术、计算机控制技术与计算机图像处理技术完美的结合。它充分利用激光束非接触式加工、激光光斑细、加工精度高的特点,通过对PC WIN DO W S平台高精度彩色图像文件的解读及灰度级压缩处理,转换成一种确定的灰度雕刻模板,再精密控制激光功率及其在工件表面扫描雕刻的速度,实现金属、非金属材料表面的高分辨率数字图像再现。它是未来实现激光直接印刷的关键技术之一,也可广泛应用于工艺品、证件制作等高端应用领域。由于激光作用物质过程形成的灰度级差异受激光功率、扫描速度、材料特性等多种因素影响,我们结合计算机图像处理技术、高精度激光控制技术以及材料工艺数据库技术研究了激光雕刻中形成灰度级的机理,并基于CO2激光器和N d∶Y AG激光器,采用振镜扫描方式研制开发出图像分辨率高于200dpi的精密图像雕刻系统,实验效果正在向更高分辨率迈进。(PE6)

准分子激光微细加工光路变换研究

荆　涛　殷伯华　陈　涛　左铁钏

(北京工业大学激光工程研究院,北京100022)

准分子激光微细加工技术以其较高的精度,较低成本及较快加工速度在微机械加工领域受到了极大的重视。它利用准分子激光波长短、光子能量高、脉宽窄、脉冲功率密度高的特点,其光子能量甚至高于某些材料的化学键而可以实现冷加工,并且波长短,聚焦光点小,所以加工精度高。但这毕竟不是一种成熟的技术,

在很多方面还需要进行进一步的研究。

由于掩模投影成像法的加工为并行加工,加工速度快,加工精度高,可一次成形,为了能够控制加工的精度,必须要求激光光束均匀一致。而由于各种材料都有一定的刻蚀阈值,如果能量利用率过低,就会使准分子激光加工的范围变小。光束辐照强度分布均匀性与光能利用率,这是在光路调整中需要考虑的最为重要的两点。

采用均束器后,准分子激光光束的发散角对均束效果有较大的影响。而真正的光路调整需要综合考虑均束效果、能量利用率。由于光束经过均束器后发散角变大,必须采用场镜压缩发散角。由于准分子激光光束尤其是经过了复眼均束器后的准分子激光束已经远离纯几何光线或高斯光束的传播规律,场镜的尺寸选择不能依据传统的几何光学算法。我们按照发散角原则来对场镜参数进行计算,结合实验测量,最终得到了比较好的结果。(PE7)

激光表面重熔、熔覆温度场的研究评述*

雷俊鹏　王忠柯　叶和清

(华中科技大学激光技术国家重点实验室,武汉430074)

介绍了激光重熔、熔覆温度场的研究现状,叙述了较为典型的二维、三维稳态和非稳态传热模型,简要分析了各模型中考虑的因素,以及从该模型出发所得到的结果与实际情况的比较。根据已有研究所得到的结论,简要讨论了影响模型建立的几个主要因素:1)热源特征;2)表面吸收系数;3)熔池中流体的流动;4)相变潜热;5)激光工艺参数,熔池表面形貌等对模型建立的影响。全文通过对以上问题的讨论,为激光与材料相互作用的强瞬态物理过程研究,零件表面裂纹等缺陷激光修复工艺措施的制定提供了理论指导。(PE8) *国家自然科学基金资助项目(59906004)。

激光精密加工SM T模板的系统研究

李祥友　曾晓雁　黄维玲

(华中科技大学激光技术国家重点实验室,武汉430074)

激光加工技术正在世界范围内得到越来越广泛的应用。对于薄板以及精密加工来说,采用脉冲工作方式,可以减小热影响区,提高表面质量。在加工电子行业中表面组装用的模板(SM T Stencil)时,YA G激光显示出传统方法所不可比拟的优越性。传统的化学刻蚀法加工精度低、工序多、周期长,特别是受刻蚀因子的限制,模板的最小缝隙宽度不能低于模板厚度的1/2,因而难以满足日益发展的微电子技术对电子线路制作精度的要求。采用激光精密切割技术对模板进行加工,不仅可以降低加工成本,缩短加工周期,而且可以提高加工精度。尤其是可对成品模板进行再加工。目前,国外对激光加工模板的研究已经日趋成熟,而国内关于这方面的研究才刚刚起步。作者利用N d∶YA G脉冲激光器和精密机床,开发了一套WI ND OW S下SM T模板的加工系统,它可以根据用户需求自动生成加工文件,完成各种复杂图形的精密加工,投入使用后取得了良好的效果。本文将详细介绍该激光精密加工系统的基本特点、构成和加工实例。(PE9)

激光相变硬化提高内燃机汽缸与活塞环摩擦副寿命的研究

廖钟亮　张德元　周　哲　罗　文　付青峰　曾卫军

(江西省科学院,南昌330029)

摩擦学中阐明了一个原理:摩擦性能好的摩擦副双方总是相辅相成的。不同的材料经过加工后获得的各自最佳的表面硬度和强度,然而匹配在一起时往往表现不出最佳的耐磨特性,这是由于片面追求单个零件的高性能、高指标,忽视了摩擦副这个矛盾体在耐磨、抗磨、减磨等诸多因素上形成的统一关系。作者利用激光相变硬化工艺对中小型内燃机汽缸或汽缸套与活塞环这一摩擦副进行了处理,进行了显微硬度测试,金相显微组织分析,X射线衍射定性分析和分组匹配后的摩擦磨损试验,结果表明中小型内燃机汽缸和活塞环多为灰口铸铁、球墨铸铁和含磷、钼、铬等合金铸铁,激光相变硬化后获得马氏体和残余奥氏体组织,显微硬度在HV0.1550～890之间分布,X射线衍射分析物相有 -F e、F e3C、-Fe、石墨、合金元素等。成组配对后的滴油摩擦磨损试验表明,经过磨合后摩擦磨损保持在一个低值。研究表明对于不断处于动载荷冲击下的内燃机活塞

环与汽缸或汽缸套摩擦副来说,不但要求有低的磨损率,而且要求在一定的载荷下磨损率保持较小波动。成组匹配中,经激光相变硬化后的气环、油环与缸的较佳的匹配为铬钼环与磷矾钛缸的匹配,磨损率稳定,且比不经激光处理的相同的摩擦副磨损量明显降低。(PE10)

激光淬火和加碳熔凝处理对40Cr钢耐磨性的影响

龙晋明　陈庆华　樊则宾　魏　仑

(昆明理工大学材料与冶金工程学院材料系,昆明650093)

对40Cr分别进行激光表面淬火(相变硬化)和加碳熔凝(白口铁化)处理,加碳熔凝是通过预覆碳层进行的,分析检测了处理后的试样的显微组织、硬度和耐磨性,并将其与普通淬火态试样进行比较。结果表明:(1)激光淬火试样在两种不同磨损条件下均具有比普通淬火更好的耐磨性。(2)经激光表面加碳熔凝处理后, 40Cr钢表面可获得抗磨粒磨损能力较高的白口铁薄层(厚约0.1mm),但白口铁层中存在的残余拉应力以及白口铁层/相变硬化区之间存在的较多的残余奥氏体将使钢的耐磨性在一定程度上受到削弱。(PE11)

激光监测大气污染

史建军　王会升　张　玺　苏继杰

(武汉军械士官学校自行火炮系,武汉430064)

实时定量监测工厂、焚烧场、战场等的气体所含污染物,为预测、处置污染源提供依据是一项非常重要的工作(武汉地区新近建立了垃圾焚烧场,对焚烧场的管理,防止二次污染问题变得尤为突出),在一些特殊场合(如战场上毒气的监测、报警)更需要类似的工作。

本文分析了常用共振荧光法,拉曼散射法,米氏散射法,差分吸收法等技术的特点,提出了将差分吸收法应用于固定场所监测的可行方案:以角锥板作为合作目标的激光雷达法。同时作者指出:在具体的场合中,测得的结果可能会帮助我们获得更多的信息,如战场中敌方使用毒气的位置、范围、种类;敌方车辆、坦克、飞行器的部署、数量、性能等。后者可能比激光监测大气污染本身更有意义。(PE12)

软X射线多层膜反射镜界面粗糙度的一种估算方法

宋利民　胡家升

(大连理工大学电子与信息工程学院,大连116024)

介绍了D.G.St erns的散射方法,用它来描述单个非理想粗糙界面的散射,它适用于软X射线短波段区域。将这种方法应用到多层膜结构,并采用D.G.Sterns方法的数学模型来描述软X射线短波段区域(1～10 nm)多层膜界面粗糙度。在这个理论的框架下,对我们所研制的波长为4.77nm的Co/C多层膜反射镜界面粗糙度进行分析,估算出该多层镜界面间均方根粗糙度为0.7nm。粗糙度估算结果与小角X射线衍射的测定结果相一致。(PE13)

取向硅钢激光后续处理方法的研究*

孙凤久　杨玉玲　齐小龙　张　多　白质明

(东北大学理学院,沈阳110006)

取向硅钢作为一种重要的电工钢材料,其铁损一直是倍受关注的问题。已发展了多种通过细化磁畴降低取向硅钢铁损(P T)的后续处理方法。其中最突出的是自80年代初开始研究激光刻痕细化磁畴的LS方法,美国、日本、以及我国先后都进行过有关的研究,并取得了重大的应用价值。但该方法存在较明显的时效问题,即在高温退火过程中刻痕逐渐恢复原态而失去细化磁畴的作用。为解决这一问题,美国的一项专利曾在激光刻痕区涂以可热渗透的介质,以改善时效性质,但并未根本解决。我们研究组曾提出了激光局域表面合金化方法(L L SA方法),并使Z8牌号取向硅钢铁损降低10%左右,且获得良好的高温时效性质。但因为引入的是固态合金元素,工艺复杂,成本较高,且处理后的取向硅钢片的平整度降低。本文报导我们最近提出的激光氮化方法(L N方法),即引入氮作为合金化元素,通过控制激光工艺参数,以在激光处理区域形成高温稳定的铁

氮化合物,以使得L N处理后的取向硅钢在铁损与时效性质两方面均获得改善。而且该方法工艺比较简单,造价低廉,有利于推广到实际生产中应用。

本项研究得出以下结论:

1)激光氮化方法可以细化磁畴,降低取向硅钢铁损;

2)激光氮化后,取向硅钢高温时效性质有所改善;

3)激光氮化处理可以保证硅钢片的表观质量。(PE14)

*国家自然科学基金资助项目(59271037)。

激光动态识别Line元件三维形状及动态的研究

王　涛1　李喜福1　郭　玲2　姚建铨1

1)天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所,天津300072

2)河北工业大学,

介绍了一种利用激光及动态定位技术实现对无人化生产线(简称L ine)上的元件的三维形状、及动态进行在线动态识别及检测新方法。提出了激光三维信息及动态信息的采集方式,论述了瞬时动态定位的原理及应用,建立了在线动态三维建模的有关数理模型,建立了激光动态识别L ine元件三维形状及动态的系统。

现代化高新技术产业中,无人化生产线(简称L ine)上的元件,诸如电子元件、电子插接件、金属零件及非金属零件、特别是一些具有放射性或有毒的元器件,它们在Line上,须判定其形状、位置、状态及在线动态,以及对它们进行在线动态检测。

利用激光照射扫描L ine上的元件,通过两个以上摄像机配之以瞬时动态定位系统,由计算机进行中央集成控制及信息采集与数据处理、建模。按L ine上元器件特点编制智能识别软件,编制数据处理及建模程序,编辑智能示教软件。运行全部软件,即可实现,示教记忆元器件模式,控制激光智能扫描,采集信息并进行数据处理,之后建模智能识别L ine上元器件的形状、位置及在线动态。(PE15)

激光非熔凝热物理过程的试验研究

王秀凤

(北京航空航天大学机械学院飞行器制造工程系,北京100083)

Janos Takacs　Gyo rgy Krallics　Andras Szilag yi　T amas M arko vits

(匈牙利布达佩斯技术与经济大学机械工程系H-1502)

激光加工技术是先进、高效的制造手段,在航空、机械及国防工业等部门已经或有望得到广泛的应用。激光非熔凝加工可使金属薄板在无模具下发生热塑性变形,实现薄板无模成形,或者改善模具成形零件的贴模性与定型性;也可以对模具表面进行热处理,改善模具表面硬度、耐磨性、韧性等综合力学性能,在保证复杂模具的精度要求下,提高模具的使用寿命。激光非熔凝热物理过程的试验在匈牙利布达佩斯技术与经济大学机械工程系激光实验室进行。试件(100mm×2mm×2mm)一端被夹持在工作台上,自由端上表面粘贴一块7 mm×7mm的有机玻璃,用来将从He-N e激光器(5W)出来的光束反射到屏风上的坐标纸上,将微小变形放大后,用高精度摄像机记录光点在坐标纸上的运动过程;同时用热像仪记录试件在此过程中热作用处侧面的厚向温度分布。激光照射在试件的中点,连续照射时间是0.782s,试件被照射表面涂石墨以提高材料对激光的吸收率,并对光斑中心处横截面的金相进行分析。结果表明:试件的最终变形是热应变和相变共同作用的结果,进一步完善了薄板激光弯曲的变形机理;侧面厚向温度场的分布规律受试件有限厚度的影响不容忽视。试验结果为进一步研究薄板激光弯曲过程及模具刃口处表面的强化效果奠定了基础。(PE16)

激光标刻字符、图案的显色机理的理论模型

殷一贤杨　庄

(重庆大学材料科学与工程学院,重庆400044)(重庆国益光电子设备制造有限公司,重庆400080)

激光标刻技术是激光加工技术的重要组成部分。应用激光对各种金属或非金属产品及部件的表面进行字符和图案的标刻。激光标刻的字符和图案,其显现的色彩的选择性问题也逐渐受到用户的重视,并成为生

产激光标刻机的各家厂商市场竞争中必须关注的若干技术指标中的重要技术指标之一。

我们采用声光调Q的连续YA G激光,已成功实现了的一些工件表面上标刻出可显现相关颜色的字符和图案,其部分实验结果如下表所示:

被标刻工件标刻的字符和图案所显现的颜色

不锈钢部件浅金色、灰白色、黑色

齿轮亮白色、黑色

陶瓷封装集成电路块(棕色外壳)浅粉红色、橙红色、灰黑色

塑料封装集成电路块(黑色外壳)黄色、黑色

塑料封装集成电路块(白色外壳)灰色、黑色

实验还表明,激光标刻字符和图案的选择性显色技术不仅是可行的,而且其发展潜力也是大的。

我们对激光标刻的字符和图案的显色机理作了有益的探讨,提出了一个基于光干涉和吸收的理论模型,较好地解释了激光标刻字符和图案的显色机理。(PE17)

Y A G激光焊接脉冲波形的改造与焊接热裂纹的消除

张国顺　张　健　张泰石　李荷芬　闫　锟

(天津大学精仪学院激光器件室,天津30072)

论述了激光焊接铝合金材料时,通过改善激光脉冲波形来消除焊接热裂纹的实验研究。激光焊接过程中,被焊接的金属熔化后的凝固过程中,由于合金成分不同的物理特性所引起的热应力,在凝固时形成焊缝热裂纹,影响密封效果。通过改善激光脉冲前、后沿波形,在足够的脉冲激光功率密度下,激光脉冲波形的改善,有利于消除被焊接金属熔凝过程中的热应力,从而消除热裂纹的发生,对要求密封焊接的壳体零件,使用这样的激光器进行焊接,能得到较好的效果。不同的合金成分,工艺参数要做适当的调整。(PE18)

激光SO2烟气自动遥测系统研究*

朱　孟　于意仲　陈　进　姚建铨

(天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所,天津30072)对于SO2烟气的现有监测技术是采样分析系统,属化学手段。即采集一定量SO2烟气,利用特征化学方法,反演出SO2实际浓度,再调节治理技术中的相关环节,以控制SO2排放。但这种监测方法费时费力,无法实现实时在线控制。而且所测数据有很大的离散失真,难以作为治理技术的依据。

我们采用紫外吸收光谱技术,利用激光光源在开路大气中的气体吸收,根据SO2的特征吸收谱线,从而获得实时SO2的浓度。系统采用光纤系统,无接触测量,实现真正意义上的遥测。

根据比尔朗伯吸收定律,介质对光的吸收仅由介质浓度,介质厚度(即光通过的路径长度)和介质的吸收特性决定。在气象条件(温度、气压、湿度、风速和风向等)波动不大的前提下,吸收程度与介质的浓度呈线性关系,对于SO2,由于火力发电烟囱的高度为200m左右,采样系统较难完成监测浓度的任务。

我们使用光纤系统,可以同时完成背景测量和背景扣除,从而获得SO2的纯吸收谱线,能够连续稳定地监测高浓度烟气SO2的实时浓度,利用自主开发的处理软件,可以在一分钟之内完成一个测量周期,所获得的数据真实、准确,为SO2治理技术实现实时反馈控制奠定了基础。(PE19)

*本项目获“天津市光电子联合科学研究中心”资助。

便携式光谱分析水质检测仪

张敏明　刘德明　余敦录

(华中科技大学光电子工程系,武汉430074)

研制了一种新型便携式光谱分析水质检测仪,利用半导体光源作为测试光源,采用光源反馈恒流单元、数

据平均处理等措施减小单光路测试固有的系统误差,由微处理器控制步进电机驱动嵌有滤光片组的滤光片盘进行测试波长自动定位选择,配合多通道12bit双积分型转换器,采用了两组积分常数,以提高短波长测试的精度,同时设计了强大的软件系统。样机外观尺寸为210mm×125mm×70mm,重约1kg,充电电池供电,连续工作时间约10小时,这些特性适合仪器的便携应用。本文给出了整机设计原理,讨论了与传统仪器的对比测试实验结果,表明该仪器达到中大型精密分析设备的测试性能。有望在环境保护等领域获得应用。(PE20)

激光复合扫描剥离法制备大面积薄膜

敖育红　王又青　胡少六　龙　华　李　波　江　超

(华中科技大学激光技术国家重点实验室,武汉430074)

提出了一种新的制备大面积超导薄膜的方法。他人的方法是:基片运动或靶体倾斜运动或激光束运动。该方法是:基片不动,采用光学变换系统,让脉冲激光按设定的象行星运动一样的轨迹旋转,复合扫描剥离耙材,淀积成薄膜。且提出了淀积厚度分布的理论模型,模型中的参量均与实验参数联系起来,从模型可以较容易地分析出膜厚分布的特点。这对改善实验条件,获取厚度均匀的大面积超导薄膜具有直接的指导意义。理论计算和实际结果均表明该方法制得的薄膜面积较大,厚度更均匀。得到的薄膜厚度均匀性大于0.95,面积可达几平方厘米,满足工业上微波超导器件等对薄膜的要求。(PE21)

IT陶瓷片CO2激光切片的工艺研究

罗敬文　段少华　崔文莉　吴建国　陈海斌

(武汉团结激光股份有限公司,武汉430079)

当今世界IT产业发展迅速,已经成为发达国家的支住产业,而陶瓷切片被广泛城应用在IT产业中,因此陶瓷切片有着十分广阔的应用前景。10.6 m CO2激光对陶瓷、玻璃等非金属材料有较好的加工性能。因此发达国家CO2激光陶瓷切片设备使用十分普及。而在我国,国产CO2激光陶瓷切片设备几乎是空白。

我们自行研制SL M-250型CO2激光陶瓷切片机填补了国内空白。该设备采用恒定光路结构,轻型十字切割平台,确保机床有很高的动态特性。切割工作台采用特殊的磁性支撑,确保陶瓷片在切割时不受夹持的应力,加工工件在切割时不易破碎。激光工艺参数是确保切割出好的陶瓷片的技术关键。我们在试验中详细地研究了光束质量、激光脉宽、频率割嘴技术、吹气速度和流量、切入点及切割路径、切割速度、功率焦点及焦距支撑方式等对陶瓷切片质量的影响。

经过大量优化试验,我们获得了1mm陶瓷片最佳工艺参数:激光平均功率50W;切片速度300m m/ min;切缝速度0.1mm;切缝质量,粗糙度6.3。(PE22)

类核灰激光玻璃固化研究

王忠柯　吐和清　许德胜　程祖海

(华中科技大学激光技术国家重点实验室,武汉430074)

模拟试验研究了激光玻璃化固化类核灰材料硼硅酸盐粉末。结果表明,激光玻璃化与激光功率、扫描速度及光斑直径密切相关,玻璃化的量的变化可用激光功率密度和扫速度两个参数定量描述。如激光功率密度F为25.48W/mm2,扫描速度V s为8m m/s时,单位时间内激光玻璃体的体积达532.0mm3/s。采用预置粉方式激光玻璃化,激光辐照区有玻璃体、过渡区、烧结体、原始粉末区四部分组成,其中玻璃体中的元素N a、B、Si、O均匀分布,不存在结晶体相。(PE23)

光机电一体化激光切割机床优化特性的研究

彭铁军　韩晏生　罗用胜

(华中科技大学激光技术与工程研究院,武汉430074)

将激光器、机床和数控系统融为一体的光机电一体化数控激光切割设备具有整机性能好、占地面积小、运输方便、成本低等诸多优点,因而在工业应用中具有很强的适应性。在该类机床研究成功的基础上,作者结合一体化激光切割机床的基本要求,充分利用激光切割具有无切削力的特点,在机床的传动、精度保证、总体布局等方面进行了优化设计和理论分析,对机床的高速运行、聚焦系统的轻便化、Z浮系统的多样化等关键技术进行了深入研究,并在实践中得到了验证,为该类机床性能的进一步提高打下了基础。(PE25)