4 在厚板切割方面的应用

　　利用YAG激光拆除废炉的切割技术，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离子切割高，切割厚度视切割材料和切割炉体的不同而有所不同，这里研究了板厚100mm以内碳钢的切割。

　　图7示出切割板厚极限和激光输出的关系。对0.05m/min及0.2m/min的切割速度进行了研究。从研究结果中可以看出，切割100mm的厚板时目前需要7~8kW的激光输出。图8示出用3.8kW切割厚45mm的碳钢和SUS304所得到的切割剖面。从图中可以看出，可进行弯曲幅度在2mm以下的高质量分离切割。图9示出板厚100mm时的圆锥状样品的切割结果。因此，如果板增厚，不可避免地会增大切割弯曲幅度。今后，应该研究通过改进光学系统及切割气体的流向来提高切割质量。

5 加工质量管理

　　原子能领域的焊接其质量管理比较严格，要求能长时间稳定地焊接。在废炉拆除切割方面，从其远距离操作性来看，加工过程中加工状况的监视技术是重要的开发项目之一。下面介绍焊接加工中的监视方法。

5.1 加工中焊接状况的监视

　　图10示出监视头的构成。监视时，以光轴和同轴抽出焊接状况的图像，同时分光、探测焊接部的发光。为了使熔深加深，采用脉冲振荡。根据焊接状况图像，对熔池形状和焊接坡口线位置进行图像处理，并向操作人员提供视觉信息。焊接部的发光抽出，与以前所实施的采用多条监视光纤的方法对应，因为焊接头所要求的空间制约条件并不严格，用一根监视光纤把用半反射镜分出的光抽出。下表中示出焊接部发光的抽出方法。这里采用的是在抽出焊接参数、激光器输出、焦点位置变化的同时，探测穿透焊接时内部波稳定性和焊接保护状况。

　　相对于各种监视对象，激光器输出和内部波状态，监视波长取940nm,探测了脉冲断开时熔化池的发光。从这个波长所使用的传感器(硅光二极管)的光谱响应特性和监视对象的温度变化范围，根据普朗克辐射定律进行波长选定解析，实际上又对各种波长进行了监视，最后选出灵敏度最好的监视波长。关于焦点位置变化，抽出脉冲接通时YAG激光器的反射光，关于保护状况的稳定性，为了探测更高温度时激光光圈的发光，把脉冲接通时400nrn的短波长光抽出。

5.2监视结果

　　图11示出焊接输出的监视结果与熔深深度的比较。从此结果中可以看出，熔深深度变化0.4mm时，就可探测到输出功率100W左右的焊接变化。图12示出焦点位置和YAG激光器反射光及熔深深度的关系。这里虽然采用焦点深度Bf=200mm的大透镜，但是可以探测士4mm的熔深变化。图13示出穿透和未穿透时的发光强度变化。穿透焊接时，因为熔融金属在板内穿过，所以发光强度下降，于是就能探测到可以获得稳定的内部波焊道的状态。

　　图14示出由于保护气体状态变化，焊道发生氧化时每个脉冲的发光波形与保护气体状态稳定时的比较。从图中可以看出，由于焊道发生氧化，光圈的发光强度增大。关于以上加工中的监视信息，将根据加工对象的不同灵活使用。

图14 保护气体状态的监视结果

6混合激光焊接

　　为了进一步扩大激光焊接的用途，现开发了一种利用激光焊接和电弧焊接优点的同轴TIG-YAG激光焊接方法。

6.1同轴TIG-YAG激光焊接

　　图15示出同轴TIG-YAG激光焊接头的外貌。这种焊接方法，是把从光纤射出的光束分开，将TIG焊极设置在其中央，使光束在TIG焊极顶端下方再次聚光，同轴向同一地方照射聚光光束和TIG弧光，进行焊接。

　　对这一过程中的TIG弧光和YAG激光光束的相互作用进行了研究，研究结果认为弧光及光圈光束吸收可以忽略。图16示出高速混合焊接时的弧光稳定性与仅用TIG焊接的比较结果。

6.2同轴TIG-YAG激光焊接的效果

　　图17示出相对#p#分页标题#e#焊接坡口缝隙余量的同轴TIG-YAG激光焊接的结果。仅用YAG时焊接坡口缝隙为0.4mm时，会产生咬边。而同轴TIG-YAG激光焊接时焊接坡口缝隙可达0.8mm。图18示出根据焊接焊道的断面研究气孔发生状况的结果。因为保护气体中使用了Ar，所以仅采用YAG时不可避免在部分焊道中产生气孔。而同轴TIG-YAG激光焊接可以控制气孔的发生，如图19所示，这是因为同轴TIG-YAG激光焊接比单用YAG时栓孔上部的孔径大，金属蒸汽容易排出。

图19 栓孔孔径大小的比较

7 今后的发展

　　要想扩大激光加工在厚板领域的应用，必须使振荡器实现高功率输出，提高光束传输性能。高功率YAG激光器的应用越来越广，今后，应加强加工质量管理，重点开发加工过程中的监视和相应控制技术。但是，扩大应用也与激光器自身的最初成本有很大关系。今后，应开发价廉的高输出二极管抽运YAG激光器或直接加工用的半导体激光器(LD)，以扩大应用领域。