激光熱處理光束優(yōu)化系統(tǒng)研究及其裝置設(shè)計(jì).pdf

1、激光熱處理是一種表面熱處理技術(shù)。即利用激光加熱金屬材料表面實(shí)現(xiàn)表面熱處理。由于激光加熱的功率密度極高，工件傳導(dǎo)散熱無(wú)法及時(shí)將熱量傳走，使得工件被激光照射區(qū)迅速升溫到奧氏體化溫度實(shí)現(xiàn)快速加熱；當(dāng)激光加熱結(jié)束，因?yàn)楣ぜw大體積中仍保持較低的溫度，被加熱區(qū)域通過(guò)工件本身的熱傳導(dǎo)迅速冷卻，從而實(shí)現(xiàn)淬火等熱處理效果，對(duì)零件進(jìn)行表面強(qiáng)化。
　　 激光熱處理有著傳統(tǒng)熱處理無(wú)法比擬的優(yōu)越性，例如它可以精確控制熱處理區(qū)域以及工件變形小等。我國(guó)自

2、20世紀(jì)70年代末研制成功千瓦級(jí)CO2激光器之后，激光熱處理的工業(yè)應(yīng)用取得了重要的成就。但是，時(shí)至今日，激光熱處理在工業(yè)上的應(yīng)用情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于最初的估計(jì)，其中一個(gè)重要原因是光束的質(zhì)量限制了激光技術(shù)的應(yīng)用水平。
　　 激光光束形狀和能量分布直接限定了激光加工的應(yīng)用。為滿足不同的激光加工要求，必須對(duì)激光光束進(jìn)行光束變換。激光束的光強(qiáng)分布以及光斑形狀對(duì)激光熱處理硬化層性能影響極大，一般要求光強(qiáng)均布的矩形光斑或?qū)拵Ч獍?；但是光?qiáng)均布的激光

3、束不一定產(chǎn)生均勻的硬化層，目前的激光熱處理光束優(yōu)化裝置得到的是中間厚，兩邊薄的月牙形分布的硬化層。
　　 為了改善激光熱處理硬化層分布，在分析國(guó)內(nèi)外激光熱處理光束優(yōu)化系統(tǒng)研究現(xiàn)狀以及存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，提出了兩種光束優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，激光掃描環(huán)形光斑和線形光斑。建立了兩種光斑溫度場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型，模擬其溫度分布，得到了激光功率密度分布形狀良好的激光束，從理論上說(shuō)明了兩種方案能夠改善激光熱處理硬化層分布及熱作用效果。在理論分析的基礎(chǔ)上