激光毛化具有加工粗糙度均匀、可控、不限材质,毛化钢板深冲、涂镀性能优良。利用射频激励CO2激光器开发的轧辊毛化设备具有激光脉冲调制简单、结构紧凑、运行和维护费用低等优点。研究射频CO2激光毛化工艺对生产实践具有重要的意义。本文首先对激光毛化加工热物理过程进行了理论分析,讨论了脉冲激光作用在轧辊表面时的热传导、熔化以及汽化的理论模型。同时分析了毛化加工时各种工艺参数的选择原则。简述了射频CO2激光毛化系统的构成,对激光器、光路系统、控制系统和机床等组成部分的性能和功能特点作了介绍。并设计了一种电路结构简单,工作可靠的脉冲射频激光调制器,用于控制激光器脉冲波形输出,分析了其电路组成和工作原理。分析了光束特性对激光毛化的影响,讨论了飞行光路中光束质量的变化情况和光束质量因子M2参数对毛化加工过程中光束行为的影响。运用ZEMAX软件对整个光路系统进行了模拟分析,绘出了聚焦镜焦平面的光斑大小及能量、像差分布图。通过实验研究和讨论了射频CO2激光毛化中各种工艺参数的影响。在选取合适的辅助气体作用方式、压力和离焦量的情况下,实际测量结果表明激光重复频率、脉冲宽度、加工速度对毛化点大小和几何形状的影响最直接。在显微镜下研究了毛化点的微观结构,毛化点不同于以往火山口的形状,而是具有中间微凸的W型毛化坑。微观组织的研究表明轧辊表面经过激光毛化后,毛化点形成了极其致密的组织结构,提高了轧辊表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性,延长了轧辊的使用寿命。