隨著高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、難加工的高性能材料不斷面世,常規(guī)加熱方法難以對(duì)這些材料進(jìn)行加工。激光具有定向性、單色性、高亮度的特征,激光加熱能量分布集中、可控性好,利用激光對(duì)高性能材料進(jìn)行加熱是一種高效的加工方式。激光加熱在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,因此對(duì)于激光器的光斑質(zhì)量要求越來(lái)越高。得到光斑質(zhì)量高的激光器是激光應(yīng)用技術(shù)的迫切需要,光斑性能評(píng)價(jià)對(duì)激光加熱應(yīng)用有十分關(guān)鍵的理論指導(dǎo)作用。本文針對(duì)激光加熱系統(tǒng)和光斑性能評(píng)價(jià)作出如下研究工作:首先對(duì)比幾種加熱方式,說(shuō)明激光加熱優(yōu)勢(shì);分析高斯激光原理和激光加熱理論基礎(chǔ),建立激光熱源物理模型,闡述激光與材料相互作用的過(guò)程。在理論基礎(chǔ)指導(dǎo)下,搭建激光加熱光斑圖像采集系統(tǒng),選擇合適的光強(qiáng)衰減裝置,得到光斑圖像;對(duì)光斑圖像進(jìn)行去噪聲處理,并通過(guò)圖像閾值分割和邊緣檢測(cè)分析光斑參數(shù),提取光斑能量密度分布和光斑均勻性,對(duì)激光加熱光斑質(zhì)量的提高提供理論依據(jù)。其次對(duì)激光加熱光斑溫度場(chǎng)進(jìn)行分析。建立激光加熱溫度場(chǎng)物理模型,針對(duì)熱傳導(dǎo)方程、邊界條件和初始條件進(jìn)行分析,模擬計(jì)算激光加熱參數(shù)條件;通過(guò)實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)分析激光加熱溫度、激光功率、加熱時(shí)間等參數(shù)的關(guān)系,說(shuō)明加熱光斑溫度場(chǎng)分布狀態(tài),為激光加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。最后建立激光加熱系統(tǒng),包括加熱單元以及溫度控制單元。利用MATLAB編寫(xiě)數(shù)據(jù)處理軟件,該軟件可以直觀顯示光斑圖像處理結(jié)果和溫度場(chǎng)分析結(jié)果,對(duì)激光加熱過(guò)程具有監(jiān)測(cè)反饋?zhàn)饔谩?br> 【學(xué)位單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TN249
【部分圖文】：

工業(yè)和國(guó)防工業(yè)中被廣泛關(guān)注。械制造、石油化工、儀表儀器及核工業(yè)等工業(yè)料具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、難加工等特成效率低、表面質(zhì)量差、精度低等缺陷[1]。隨，如圖 1.1 所示，故加熱輔助是一種加工高強(qiáng)好，且能量分布和時(shí)間可控性好，因此，激光領(lǐng)域中的應(yīng)用廣泛。Nd:YAG 激光最早在七十應(yīng)用研究的不斷深入，高功率激光器的研發(fā)和使激光加熱在加工領(lǐng)域中的占據(jù)日益重要的地于非接觸、低噪聲、無(wú)污染、節(jié)省材料。激光現(xiàn)高度集成化和模塊化，全過(guò)程智能控制，可此，激光加熱已經(jīng)成為當(dāng)前主流加工制造技術(shù)

圖 2.1 不同模式下光斑橫截面基模光束是橫模和縱模指數(shù)都為零的激光模式，光束截面能量呈現(xiàn)高斯分布，即能中心向邊緣遞減的分布方式，因此該光束也稱(chēng)高斯光束，相應(yīng)的熱源模型稱(chēng)為為理斯熱源模型�；９馐芰糠植既鐖D 2.2 所示。高斯激光束等相位面為球面，平面振幅和強(qiáng)度滿(mǎn)足高斯分布，其曲率中心和曲率半徑隨傳播過(guò)程改變。

表示沿光軸方向（縱向）場(chǎng)分布 E z 。圖 2.1 是圓形激光不同模式的橫截面光斑樣式。圖 2.1 不同模式下光斑橫截面基模光束是橫模和縱模指數(shù)都為零的激光模式，光束截面能量呈現(xiàn)高斯分布，即能量從中心向邊緣遞減的分布方式，因此該光束也稱(chēng)高斯光束，相應(yīng)的熱源模型稱(chēng)為為理想高斯熱源模型�；９馐芰糠植既鐖D 2.2 所示。高斯激光束等相位面為球面，平面內(nèi)的振幅和強(qiáng)度滿(mǎn)足高斯分布，其曲率中心和曲率半徑隨傳播過(guò)程改變。
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