激光熔覆同轴送粉喷嘴的研究状况

送粉喷嘴作为送粉系统的关键部件之一,直接影响着激光熔覆的效果。随着激光熔覆技术的发展,国内外对送粉喷嘴进行了深入研究,研制出了多种新型送粉喷嘴,有效的提高了熔覆效果和粉末的利用率。简要的概括了国内外对于同轴送粉喷嘴的研究进展以及送粉原理,分析了现有同轴送粉喷嘴现状,指出了现有送粉喷嘴存在的不足,提出加强送粉喷嘴的设计是加速送粉激光熔覆发展的关键问题之一,并对同轴送粉喷嘴的前景进行了展望。     

激光熔覆组合式送粉喷嘴的研制

针对生产实践中激光熔覆加工技术对送粉喷嘴的使用需求,设计研制了一种组合式重力送粉喷嘴。该喷嘴带有送粉缓冲槽,倾斜角度可调,利用循环水进行冷却,适于大容量送粉器使用。实践证明,该新型送粉喷嘴机加工工艺具有技术先进、冷却效果良好、输送粉末流均匀的特点,可以满足激光熔覆的工业应用需求,大大提高了生产效率。     

陶瓷喷嘴Nd:YAG激光精密打孔应用研究

通过在陶瓷喷嘴上进行激光打孔的多种工艺参数试验，分析了激光能量、脉冲宽度和激光频率等对打孔质量的影响，摸索出了一套切实有效的激光打孔工艺参数，较好地解决了小孔锥度问题，加工出了合格的陶瓷小孔样品。并对激光加工工艺参数进行了多因素分析，探讨了多种加工工艺参数对加工小孔锥度的影响。     

卸载式激光同轴送粉喷嘴的研制

为了在激光快速成形过程中获得较高的粉末利用率并有效改善同轴喷嘴工作性能,研制了一种新型的载气卸载后送粉的激光同轴送粉喷嘴。应用气固两相流理论对卸载后的粉末被喷射出喷嘴后的粉末流场进行了分析计算,研究不同结构参数对粉末流场浓度分布规律及粉末流的汇聚性能（汇聚焦距和聚焦半径）的影响规律,并进行了送粉试验研究。结果表明：同轴送粉喷嘴的汇聚性能主要受粉末流汇聚角、喷嘴半径和宽度的影响,且汇聚角影响较大;同轴送粉喷嘴采用环形直通道渐缩送粉结构和卸载载气的送粉形式,粉末流的汇聚性能明显提高,可以有效地提高粉末的利用率。建立了粉末流简化物理模型,所建模型对同轴送粉喷嘴的设计和性能优化具有一定参考价值。     

激光熔融系统送粉喷嘴高温摩擦化学磨损行为及机制

激光熔融系统在使用过程中,高温环境下待加工粉末流会导致送粉喷嘴内壁严重磨损,而因设备结构复杂、影响因素众多等,送粉喷嘴的损伤机制尚不清晰。通过喷嘴损伤案例分析和摩擦磨损模拟实验,结合扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等表征手段,对激光熔融系统送粉喷嘴的磨损规律以及高温损伤机制进行研究。结果表明：送粉喷嘴出口处更靠近高温源,因而磨损较其他区域更为严重,其磨损形式由机械应力导致的轻微疲劳磨损和磨粒磨损转变为由摩擦化学主导的严重摩擦化学磨损;在温度-应力多物理场耦合作用下喷嘴材料发生的氧化反应导致界面疏松容易被机械去除;此外摩擦界面生成的脆性钛铜金属间化合物也是导致喷嘴出口处容易被磨损的原因之一。研究结果为高温下送粉喷嘴的设计和应用提供了理论支持。     

一种用于激光熔覆的旁轴送粉喷嘴的设计与应用*

送粉喷嘴是影响激光熔覆质量的关键部件。介绍了一种带有水冷模块、导引光和倾角仪的旁轴送粉喷嘴装置,它可以实现长时间稳定精密熔覆,显著提高了熔覆的效率和粉末利用率。通过与传统喷嘴熔覆效果进行比较,验证了该设计的可行性。     

同轴双层喷嘴辅助气体对激光深熔焊接光致等离子体的控制

采用同轴双层侧吹喷嘴，研究了在不同的辅助气体种类及配比、喷嘴高度和焊接速度的条件下对光致等离子体控制的影响。结果表明，利用外层喷嘴压缩等离子体，随着外层喷嘴环形气体压力的增大可以很好地控制光致等离子体，有利于激光深熔焊接的进行；用He 15％Ar混合气体代替纯He作保护气体能显著改善熔深；随着喷嘴高度的增加，焊缝熔深会逐渐减小；随着焊接速度的提高，控制金属蒸汽等离子体所需的辅助气体临界气流量将降低。     

氮气在激光切割中的应用

CO2激光束通过喷嘴照射在材料表面，材料吸收能量后达到熔化状态，辅助气体将液态材质吹走。熔化区域随切割方向逐步移动产生连续的切缝，这就是激光切割。我公司1994年在激光复合机APELIO 0357Ⅱ上开始应用氧气切割。2001年引进激光切割机BTL3000的同时也带来新的加工工艺——氮气切割。     

一种新型激光法测量仪器在喷嘴雾化特性测量中的应用

本文介绍了一种新型在激光测量仪器及其测量原理和数据处理方法。在数据处理中引入分布函数，大大提高了计算速度。最后给出实验实测测量超声波喷嘴燃油雾化粒子尺寸分布的数据，并根据结果分析了所测的超声波雾化特性。     

激光切割头防碰自检测保护系统

针对激光切割头的喷嘴与复杂曲面工件表面的碰撞,以及高速切割过程中切割头自身与复杂曲面的碰撞,造成切割头损伤或损坏的问题,提出一种切割头防碰自检测保护控制系统.该装系统能够实时监测切割头的碰撞信息,并把碰撞信息发送到激光切割机数控系统中处理后,实现对切割头的控制.实验表明,该自检测保护装置能够防止喷嘴与工件表面发生碰撞,碰撞时数控系统能在0.1s内做出控制动作,保护切割头,收到良好的效果.     

Precision laser adjustment using CW diode laser

Precision adjustment has many applications in various fields, particularly in laser generation systems and precision engineering. In this paper, a laser forming method for the precise adjustment of a rod with a diameter of several millimeters is investigated. Experiments on precision laser adjustment are carried out using a fiber-coupled passively cooled CW diode laser. The effect of important parameters is investigated in detail. Parametric studies are carried out to determine suitable processing windows at which a small and stable laser-adjusting angle is obtained. A coupled thermomechanical model established using the finite element method is validated and applied to predict the deformation of the rod and better understand the mechanism of precision laser adjustment. A simple closed-form expression for the precision laser-adjusting angle is proposed. An application on precision laser adjustment is presented.     

基于五束光的三维多普勒测振仪设计

为了实现物体的三维振动分析测量,设计了一种基于五束激光的多普勒振动测量系统.该系统将五束激光汇聚到一个焦点,并照射到被反射膜覆盖的被测物体表面,经过反射后,散射光被光电二极管接收,并进入高精度信号处理系统,分别得到五路振动信息,通过计算机处理后,可以分别解析得到包括频率和振幅的三维振动信息.实验结果表明,该系统有望被应用于高精度的无接触振动测量.     

点激光测头激光束方向标定

为了使点激光测头能在任意方向上实现测量功能,提出一种逆向工程中标定激光束方向的方法,设计了一种标定面方向可调的标定块配合标定。标定过程中,让激光测头在标定面上分别沿X、Y、Z3个轴方向做等间距运动,根据进给步长与激光束长度变化量之间的关系确定激光束的方向。以三坐标测量机为平台,给出了以任意方向安置点激光测头时,测量值从传感器坐标系到基准坐标系的转换过程,并对标定算法及整个标定过程进行了详细描述。最后,通过与接触式测量进行对比实验,验证标定后点激光测头的测量效果。实验结果表明,用该方法标定的点激光测头在3σ范围内沿任意方向的测量误差为(0.0452±0.0168)mm,满足逆向工程的测量要求。     

基于光纤激光器的相干多普勒激光雷达

介绍了一种基于掺铒光纤激光器的相干测速激光雷达,该雷达具有成本低、可靠性高和结构新颖的特点。雷达系统的光路完全采用通信用光纤器件构成,单模光纤耦合器用作分光器和混频器,偏振无关的光纤环形器用作光学天线收发开关,所有光路器件采用单模光纤连接。雷达系统采用频谱分析法进行鉴频获取中频信号的中心频率。研制了原理样机并进行测速试验,系统可以探测的最小速度小于0.4 mm/s,测速精度优于0.1%,输出非线性度小于70×10~(-6)。     

Short pulse laser train for laser plasma interaction experiments

A multiframe, high-time resolution pump-probe diagnostic consisting of a consecutive train of ultrashort laser pulses (approximately ps) has been developed for use with a chirped pulse amplification (CPA) system. A system of high quality windows is used to create a series of 1054 nm picosecond-laser pulses which are injected into the CPA system before the pulse stretcher and amplifiers. By adding or removing windows in the pulse train forming optics, the number of pulses can be varied. By varying the distance and thickness of the respective optical elements, the time in between the pulses, i.e., the time in between frames, can be set. In our example application, the CPA pulse train is converted to 527 nm using a KDP crystal and focused into a preformed plasma and the reflected laser light due to stimulated Raman scattering is measured. Each pulse samples different plasma conditions as the plasma evolves in time, producing more data on each laser shot than with a single short pulse probe. This novel technique could potentially be implemented to obtain multiple high-time resolution measurements of the dynamics of physical processes over hundreds of picoseconds or even nanoseconds with picosecond resolution on a single shot.     

Development of laser scanning microscopy using a near ultraviolet laser

We have developed a legitimate fluorescence con-focal scanning microscope (CLSM) using a near ultraviolet (UV) laser. This system has almost no chromatic aberration from the near UV region to the visible region (350–600 nm), and the objectives are designed as water-immersion type. Therefore this system provides the high-quality fluorescence image excited by the near UV laser, and high-quality image of deep points in a sample.     

Novel two-frequency laser

The optics of a novel two-frequency laser is presented in this paper. The key components are a laser and a modulation unit consisting of acousto-optical modulators and Wollaston prisms. Different laser types can be used, covering a large wavelength range. The frequency difference is tunable. Use of the Wollaston prisms results in an efficient, compact, and stable unit with one optical axis. Its components are easy to align.     

准基模纯风冷激光二极管泵浦Nd∶YAG激光器

介绍一种纯风冷激光二极管泵浦的脉冲Nd∶YAG激光器,单脉冲能量250mJ,重复频率25Hz,脉冲宽度7ns,光光转换效率13.6%。激光器输出为准基模,垂直和水平方向的M2值测量结果分别为2.81和4.09。同样结构下将风冷系统换成风冷水冷结合方式,激光器脉冲能量345mJ,重复频率提高到50Hz,光光转换效率上升为15.2%。两种形式的激光器连续工作时间5min,并进行了高温+55℃和低温-25℃的环境试验。     

DLF与SLM激光快速成型方法的比较研究

分别采用激光直接制造(DLF)技术和选择性激光熔化(SLM)技术对不锈钢材料进行一系列的激光快速成型实验,根据实验结果,对比分析DLF和SLM两种方法在成形机理、成型精度、成型效率、适用场合、成型件的力学性能和组织结构等方面的异同。结果表明,SLM技术的成型精度要优于DLF技术;两者成型件都具有较高的力学性能,均优于普通不锈钢;SLM与DLF成型件组织性能基本相同;如果切片层厚相同,SLM的成型效率高于DLF;DLF主要用于粗加工或零件修复等场合,而SLM可用于精密、复杂零件的制造。