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成形脉冲YAG激光技术及应用研究

许宝忠

  本文重点研究了成形脉冲YAG激光生成技术及其在激光熔覆、焊接中的应用。成形脉冲是指激光器的脉冲波形可以按照软件预先设置形状的技术,其通过改变脉冲持续期间激光功率密度的分布,适应了不同材料、不同加工对激光能量变化的要求,从而能够获得最佳的加工效果。 论文主要从理论研究、建模分析、成形方式与控制系统设计和应用实验等几个方面对成形脉冲技术进行了逐步深入的研究:通过对激光弛豫振荡过程以及光与物质相互作用等理论的分析,论证了通过软件预置激光脉冲形状实现成形控制输出技术方案的可行性;根据最优控制理论,成形脉冲系统采用了峰值电流双环反馈控制技术,运用状态空间平均法为其建立了交流小信号动态模型,根据等效功率级的传递函数为电压控制器外环设计了补偿网络;以ARM微处理器为控制核心,设计了成形脉冲激光控制系统,完成了成形脉冲编辑和驱动设计,实现了成形脉冲激光输出;用成形脉冲激光对飞机发动机受损叶片进行了激光熔覆修复和锂离子电池安全阀激光焊接的实验研究,并对熔覆层组织结构进行了金相分析和显微硬度分析,获得了预期的效果。 工作中的主要创新点: 1.实现了脉冲YAG激光输出波形的预先设置,针对不同材料和不同加工方式对激光能量变化的需求,可以设置多种激光波形。 2.采用峰值电流双环反馈控制技术控制激光束的功率,实现了成形脉冲YAG激光输出。 3.用成形脉冲YAG激光对飞机涡轮发动机受损叶片进行了熔覆修复实验研究,获得了高质量熔覆层,实现了形状修复和功能修复,这项成果具有重要的技术意义、经济意义和低碳环保价值。 4.在计算机上开发出专用激光脉冲波形编辑软件,脉冲波形经USB下载至成形脉冲控制系统,由后者驱动斩波环节实现成形脉冲。……   
[关键词]:成形脉冲;激光熔覆;峰值电流模式;反馈控制;补偿网络
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:天津大学2010年
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