典型激光器激光品质与焊接工艺适应性分析开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着我国产业结构调整进程的推进，工业发展对环保、高效、自动化的需求不断加大，激光技术的应用迅速普及制造业许多领域，激光焊接工艺就是激光应用的重要方面之一。激光焊接与切割技术在金属加工中应用发展很快，而多种类型的激光器也在焊接工艺中得到了广泛使用，其中激光器激光输出品质与激光器成本对其应用起主要作用^[1]。本课题以目前几种典型激光器为研究对象，分析其工作原理及输出激光品质参数，研究激光主要焊接工艺及混合激光焊工艺，激光品质及参数对焊接完整性影响，并对焊接应用激光器成本进行比较分析，研究激光器应用发展趋势。

激光焊接是利用激光的辐射能量来实现有效焊接的工艺，其工作原理是：通过特定方式来激励激光活性介质 ( 如co₂和其它气体的混合气体、yag钇铝石榴石晶体等) ，使其在谐振腔中往复振荡，继而形成受激辐射光束，当光束与工件接触时，其能量被工件吸收，在温度达到材料熔点时即可进行焊接^[2]。

激光焊接是激光加工技术应用的重要内容，更是21世纪最受瞩目、最有发展前景的焊接技术。目前激光焊接在制造业应用、粉末冶金领域、汽车工业、电子工业、生物医学、塑料、新材料激活、航空航天工业、造船工业等领域都发挥着重要的作用^[3]。激光焊接之所以受到如此高的重视，在于它与传统的采用电弧的焊接工艺相比，通过激光束接缝可以带来很多好处：①采用激光焊接可以得到质量比较高的接头强度和较大的深宽比。②激光焊接速度快，加工时间短。③激光具有较大的功率密度，对难焊材料有较好的焊接效果，并能对不同性能的材料施焊^[4]。④激光焊接可以在一个较小的区域内焊接，形成比较窄的接合缝和平滑的表面。这会产生低的热应力和极小的热影响区，以及极低的畸变，降低了可能需要的再加工工作量，甚至可以完全消除再加工^[5]。⑤由于激光焊接不需真空环境，因此通过透镜及光纤，能够实现远程控制与自动化生产。

激光焊接能够充分发挥激光加工的优越性，在激光出现的早期，就已经引起国内外研究者的极大兴趣和高度重视，成为热点的研究课题。在国外，2007年德国柏林费迪南德布朗学院的弗朗科帝特玛耳等人制备了波长为808nm的锥形半导体激光器，器件最大脉冲为16w，连续输出功率9w时光束质量因子为2.6^[6]。kamel abderrazak等采用2kw nd:yag激光器对镁合金进行了焊接，使用了试验和有限元体积法（fvw）用于调查连续激光深熔焊接过程中的热现象^[7-10]。t.sibillano等采用2.5kw co₂激光器对3mm厚aa5083铝合金进行激光焊接，并展示了一种在激光焊接过程中基于等离子光谱的基础上进行的实时监控技术^[11]。katayama，kawahito等研究了光纤激光与co₂激光焊接过程中等离子体波动及深熔小孔形貌，结果表明光纤激光焊接过程中等离子体波动相对较小，焊接稳定性相对较好^[12]。在国内，肖荣诗等采用采用2kw nd:yag激光器焊接壁厚1.1mm的黄铜与壁厚1.5mm的紫铜搭接接头管材。单际国等采用co₂激光器对4mm厚az31b进行了激光试验，试验中出现了三种焊接模式深熔焊、热导焊、模式不稳定焊^[13]。2012年8月，华中科技大学激光加工国家工程研究中心研制的我国第一台4kw碟片激光器通过科技部验收，高功率碟片激光器是全球目前最先进的工业激光器之一^[14]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究的基本内容

1）通过文献调研，了解国内外专家学者关于激光器、激光焊接的研究概况和激光器、激光焊接的发展趋势。

2）掌握典型激光器的工作原理，包括co₂激光器、光纤激光器、nd:yag激光器、碟片激光器以及半导体激光器等^[15]，研究光源的激光品质参数。

3）研究激光焊接工艺的类型及其对激光品质参数的关系。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究资料，确定技术方案，并完成开题报告。

第4－6周：掌握典型激光器工作原理，研究光源的激光品质参数。

第7－11周：研究激光焊接主要工艺类型及其与光源性能的关系

第12－13周：研究激光器发展趋势并进行成本分析

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 张永康,崔承云,肖荣诗,赵海燕著.先进激光制造技术. [m].江苏镇江：江苏大学出版社，2011.12.

[2]陈武柱著.激光焊接与切割质量控制[m]. 北京：机械工业出版社 2010,9.

[3]gabriela buchfink dr.nicola leibinger-kammüller编著.the laser as a tool（第二版）[m].通快（中国）有限公司 2015.

[4] 张文毓. 激光焊接技术的研究现状与应用[j]. 新技术新工艺, 2009(1).