高功率YAG激光器在加工厚板方面的應用
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圖6 板厚20mm配管的YAG激光焊接結(jié)果
利用YAG激光拆除廢爐的切割技術(shù)，要求把由切割所引起的二次生成物控制在最小限度，要求切割速度比以往的等離子切割高，切割厚度視切割材料和切割爐體的不同而有所不同，這里研究了板厚100mm以內(nèi)碳鋼的切割。
圖7示出切割板厚極限和激光輸出的關(guān)系。對0.05m/min及0.2m/min的切割速度進行了研究。從研究結(jié)果中可以看出，切割100mm的厚板時目前需要7~8kW的激光輸出。圖8示出用3.8kW切割厚45mm的碳鋼和SUS304所得到的切割剖面。從圖中可以看出，可進行彎曲幅度在2mm以下的高質(zhì)量分離切割。圖9示出板厚100mm時的圓錐狀樣品的切割結(jié)果。因此，如果板增厚，不可避免地會增大切割彎曲幅度。今后，應該研究通過改進光學系統(tǒng)及切割氣體的流向來提高切割質(zhì)量。
原子能領(lǐng)域的焊接其質(zhì)量管理比較嚴格，要求能長時間穩(wěn)定地焊接。在廢爐拆除切割方面，從其遠距離操作性來看，加工過程中加工狀況的監(jiān)視技術(shù)是重要的開發(fā)項目之一。下面介紹焊接加工中的監(jiān)視方法。
5.1 加工中焊接狀況的監(jiān)視
圖10示出監(jiān)視頭的構(gòu)成。監(jiān)視時，以光軸和同軸抽出焊接狀況的圖像，同時分光、探測焊接部的發(fā)光。為了使熔深加深，采用脈沖振蕩。根據(jù)焊接狀況圖像，對熔池形狀和焊接坡口線位置進行圖像處理，并向操作人員提供視覺信息。焊接部的發(fā)光抽出，與以前所實施的采用多條監(jiān)視光纖的方法對應，因為焊接頭所要求的空間制約條件并不嚴格，用一根監(jiān)視光纖把用半反射鏡分出的光抽出。表1中示出焊接部發(fā)光的抽出方法。這里采用的是在抽出焊接參數(shù)、激光器輸出、焦點位置變化的同時，探測穿透焊接時內(nèi)部波穩(wěn)定性和焊接保護狀況。
5.2監(jiān)視結(jié)果
圖11示出焊接輸出的監(jiān)視結(jié)果與熔深深度的比較。從此結(jié)果中可以看出，熔深深度變化0.4mm時，就可探測到輸出功率100W左右的焊接變化。圖12示出焦點位置和YAG激光器反射光及熔深深度的關(guān)系。這里雖然采用焦點深度Bf=200mm的大透鏡，但是可以探測士4mm的熔深變化。圖13示出穿透和未穿透時的發(fā)光強度變化。穿透焊接時，因為熔融金屬在板內(nèi)穿過，所以發(fā)光強度下降，于是就能探測到可以獲得穩(wěn)定的內(nèi)部波焊道的狀態(tài)。
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