基于光内同轴送粉技术的激光熔覆斜壁堆积成形研究

基于光内同轴送粉技术,提出了激光熔覆无支撑偏移堆积斜壁的方法。通过建立斜壁倾斜角度的模型,分析了偏移量、机床扫描速度与送粉速度对角度的影响,并总结出保证斜壁成功堆积的偏移率范围。     

光内送粉激光熔覆堆积变径回转体工艺参数的控制

基于光束中空,光内送粉的专利技术,采用新型光内同轴送粉装置,在45#钢基体上进行变径回转体堆积。分别对变径回转体斜度、Z轴增量及功率进行控制,并分析各自的影响:斜面堆积中倾斜角度与偏移量、扫描速度成正相关,与送粉速度和粉末利用率成负相关,极限倾斜角度与偏移量成正相关,与熔覆层高度成负相关;随着堆积的进行,粉末利用率降低,离焦量变大;在高层熔覆堆积过程中,熔池由三维散热变为二维散热,散热降低,熔池温度上升,应相应减小功率。得到的成型件外观光滑、粗糙度低、成型质量较高,为变截面的三维堆积试验提供参考。     

光内送粉喷头空间变姿态粉气流场数值模拟

光内送粉喷头是一种新型的激光熔覆同轴送粉喷头,具有空心光束、单根粉束指向性好、无干涉、光粉气一体同轴等优势。为了分析喷头倾斜角度和外层准直气流速对粉束汇聚特性的影响,采用FLUENT软件进行模拟计算,对喷头在空间变姿态作业过程中单喷嘴出口粉束的汇聚特性进行了理论分析和实验验证。结果表明,喷嘴出口粉末质量浓度分布沿x方向服从高斯分布,对称轴上沿-y方向质量浓度先基本保持恒定,后逐渐下降为0kg/m3;随喷头倾斜角度的增大,粉末汇聚长度h不断减小,h变化范围为11mm~17mm,偏移量Δx大致呈增大趋势,Δx变化范围为0.0mm~0.4mm;随外层准直气速度增加,汇聚长度h呈轻微上升趋势,h上升幅度为1mm~2mm,而偏移量Δx在不同倾斜角度范围内呈现出不同变化趋势,Δx变化幅度为0.05mm~0.15mm;实验数据与模拟结果变化趋势基本吻合。所建模型和模拟结果对于选择和优化实验工艺参量具有参考价值。     

扭曲薄壁件光内送粉激光熔覆成形温度场研究

根据光内同轴送粉激光快速成形工艺, 建立了扭曲薄壁件激光熔覆成形温度场瞬态有限元数值模型, 模拟了扭曲薄壁件激光快速成形过程的温度场演变过程, 分析了扭曲薄壁件熔覆成形过程中定点温度的热循环, 通过仿真实时控制模型中输入激光功率的大小, 模拟得到了保持熔池温度稳定时激光功率的变化值; 通过层高控制调节激光器功率, 控制熔池的温度稳定, 成功熔覆成形了扭曲薄壁件。性能分析表明: 成形件表面光滑, 没有粘粉, 尺寸与设计数值基本相同, 组织细小致密, 与基体形成冶金结合, 且成形件硬度较高。     

工艺参量对同轴送粉喷嘴气体保护效果的影响

为了解决激光直接制造金属零件中同轴送粉喷嘴气体保护效果不佳的问题,采用烟雾流动显示技术对喷嘴保护气体流场进行了研究。系统研究了喷嘴保护气流速率、喷嘴出口距零件表面距离、喷嘴移动速率和侧风速率对气体保护效果的影响。结果表明,随着喷嘴保护气流速率的增加,保护范围先增加后减小;随着侧风速率和喷嘴移动速率的增大,气流轴线偏离喷嘴轴线距离增大;当侧风速率超过喷嘴气流速率50%,距喷嘴出口10mm处,气流完全偏离喷嘴轴线,完全失去对金属熔池的保护。这一结果为选择合适的喷嘴气流参量提供了依据。     

激光同轴送粉喷嘴射流场研究

激光同轴送粉喷嘴是激光直接制造系统中核心部件之一,喷嘴的保护气体流场对金属粉末的流动和零件材料的性能影响较大.研究应用粒子图像测速(PIV)技术测量激光同轴送粉喷嘴轴截面保护气体的流场,并对此进行了相应的计算与分析.结果表明,喷嘴三个喷口之间的壁厚对喷嘴附近的流场影响较大,促使喷嘴喷口处产生两对对称旋涡,不利于粉末的输送和聚焦.喷嘴的三个喷口的喷出气流速度一致时,速度界面的湍流扩散和动量交换较小,将产生一个有利于输送金属粉末的稳定流场.     

基于离焦技术的光内送粉堆积变径体壁厚控制研究

分析了光内同轴送粉激光熔覆技术堆积变径回转体时壁厚"越堆越薄、薄厚不均"现象的成因,提出控制离焦量来逐层补偿熔池液态金属流失的方法,以保持熔覆层宽度不变。基于大量的实验数据得出离焦量变化量与变径回转体斜率之间的关系式,从而可在堆积过程中根据变径回转体斜率的变化实时控制离焦量的变化。通过实时控制离焦量,同时控制送粉量与激光功率,得到了表面质量较好、壁厚均匀的几个典型的变径回转体。成形件的金相组织细密,力学性能优良。对成形件进行了硬度测量,总体硬度相对基体较高且分布均匀。     

激光熔覆孔式同轴送粉系统设计及实验研究

为了解决送粉激光熔覆系统中因重力作用发生偏聚及水冷效果差等问题,采用以激光束轴心为中心轴圆周均匀分布送粉孔的方法,没计了一系列孔式同轴送粉喷嘴(主要结构包括激光束通道、保护气体通道、水冷通道、气载送粉通道),从而获得良好的粉末流形态,提高送粉激光熔覆的质量。用该系列喷嘴在竖直(90),60,30和水平(0)等工况下进行粉末汇集性实验,发现粉末汇集效果良好。通过对Ti和Ni粉末、工具钢和等材料进行熔覆实验,送粉系统输送的粉末稳定、均匀,得到的熔覆样品表面光滑、熔覆层组织均匀,熔覆层与基体呈冶金结合。结果表明,孔式同轴送粉系统较好地满足了激光熔覆对送粉喷嘴的要求,并且能用来进行多种元素粉末的材料合成。所开发的送粉系统适用于材料表面改性和熔覆3维制造。     

非载气式激光同轴送粉试验研究

研制了一种非载气式激光同轴送粉系统，粉末流能汇聚输出，其焦点尺寸为φ1．5mm，焦距fp15～35mm连续可调。在二维平面上熔敷消除了方向性影响，多层激光熔敷组织、成分及硬度分布均匀。与载气式同轴送粉相比，具有较高的粉末利用率(60％-80％)及较高的工业应用价值。     

同轴载气送粉激光熔覆粉末流参数研究

同轴气动送粉激光熔覆过程中,金属粉末落入熔池的速度、浓度的分布等物理参数对熔覆层的形貌有一定的影响。DPIV(d igital partic le im age veloc im etry)是试验确定粉末流运动规律的有效方法,通过建立DPIV试验装置,对同轴载气送粉装置输送的粉末的速度、浓度进行了取值计算。结果表明,随气体流量的增加粉末的浓度有一定的减少。沿z轴方向,存在发散汇聚在发散的变化,粉末粒子流量与粒子速度在一定范围内有线性关系,超出Mp=0.33g/s~0.83g/s,Vp=0~1.3m/s范围,其影响将减弱。     

激光内送粉变宽扫描成形变壁厚扭曲叶片

传统激光熔覆增材制造方法一般采用等线宽扫描,难以实现单道连续变宽成形。设计了变壁厚扭曲叶片模型,利用光内送粉喷头直接变焦法变化光斑直径,采用层高控制系统测量不同宽度处的实际堆积高度。设计PI控制器,通过变化扫描速度,控制不同宽度处的熔道堆积层高一致,保证成形精度。通过连续变焦与闭环控制算法,实现了变壁厚扭曲叶片激光熔覆连续变宽扫描成形。结果表明:扭曲叶片在壁厚2.52~6.18 mm范围内均匀变化,最大壁厚误差为-0.58 mm;各段高度大致相同,最大高度误差为-0.22 mm;不同壁厚处的显微组织较为致密均匀。     

双频微片激光器的功率均衡机制实验研究

为了研究双频Nd:YVO₄微片激光器的功率均衡机制,利用实验研究分析了微片激光器的抽运电流、工作温度和谐振波长等参量之间关系。不断增大双频激光器抽运电流,通过降低晶体温度不断重新实现双频激光功率的均衡,最终获得了不同抽运电流下的双频激光器的功率均衡温度,以及双频功率积与抽运电流的关系数据。结果表明,双频激光信号功率均衡温度与抽运电流呈分段负相关,双频功率积与抽运电流呈正相关。此结果说明通过改变抽运电流和温控温度可以实现功率可调的功率均衡的双频激光信号输出。     

High power emission from red vertical cavity surface emitting laserarray

A parallel array of oxide-confined 676 nm vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) is demonstrated. 12 mW is emitted at 20°C from a six-element array covering a 90 μm diameter area. The individual apertures are thermally isolated, making the array scalable to higher powers. The maximum power is strongly dependent on both temperature and aperture size, with smaller apertures showing reduced thermal sensitivity     

The optimization of on-resistance in vertical DMOS power devices with linear and hexagonal surface geometries

The on-resistance-area product is calculated for VDMOS high-voltage transistors by three different techniques. The two simpler analytic approaches provide useful approximations to the more accurate simulation. The sheet resistance of the accumulation layer is taken into account and gives rise to an optimum source spacing for minimum on-resistance. Linear and hexagonal surface geometries are compared. The latter is shown to give lower R . A products at certain values of source spacing, but higher values if the source spacing exceeds a critical value.     

紫外激光加工陶瓷刀具表面微织构的实验研究

为了得到紫外激光在陶瓷刀具表面加工微织构的过程中,激光能量密度、扫描速率、扫描次数和频率对微沟槽尺寸的影响规律,采用单因素实验方法进行了紫外激光加工陶瓷刀具的工艺实验,确定了使用355nm波长紫外激光器在陶瓷刀具表面加工微织构的合理参量。结果表明,在陶瓷刀具上加工出合适微织构,可提高陶瓷刀具性能并延长寿命。     

积灰光伏板表面散射光强度分布实验研究

针对现有光伏板积灰程度检测方法中存在难以直接对光伏板透射率进行测量和环境光干扰大的问题,提出了一种基于散射光强度的光伏板积灰密度测量方法。该方法使用调制的主动光源,基于角分辨散射(angle-resolved scattering,ARS)测量原理,对积灰光伏板表面散射光强度空间分布进行研究。根据散射光强度的分布规律,建立特定立体角范围的散射光强度与光伏板积灰密度之间的关系。实验结果表明,当探测器放置在光源同侧时,系统线性度更好,散射光强度随着光伏板积灰密度的增加先线性增长,随后增长逐渐放缓,最终趋于一定值。本方法抗环境光干扰能力强,能直观地表征光伏板的积灰状态。     

High power LED package with vertical structure

A LED package structure with vertical geometry of W5II is proposed for high power optoelectronic semiconductor devices. To provide an efficient and easy method of assembling high-power LEDs to sockets of the fixtures, a vertical design referenced from the typical Edison screw base found in US-based lamp systems is used in the structure. The thermal simulation of the structure, fabrication processes and thermal characteristic are evaluated. Thermal resistance measurements are performed to characterize the thermal performance of W5II, and the optical and electrical characteristics of W5II are also verified. The good heat dissipation of W5II could be utilized to enhance the reliability and thermal fatigue capability of high-power LED packages.     

高功率980nm垂直腔面发射激光器的温度特性

应变补偿量子阱结构因带宽大、增益高和波长漂移速度低等特点而成为近年来研究的热点.首次介绍了国内980 nm 高功率InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱结构的垂直腔面发射激光器(VCSEL) 变温实验,测得脉冲条件下600 μm直径的器件在10-100℃温度范围内发射波长漂移速度为0.05 nm/K,阈值电流随温度变化呈现先缓慢下降后迅速上升的特性.结合VCSEL反射谱、PL谱和增益峰值波长漂移速度,对器件阈值电流特性进行了合理的分析和解释.连续工作状态下,测试得到器件峰值功率为1 W,根据波长与耗散功率的实验曲线及热阻计算公式,可估算出垂直腔面发射激光器热阻值为10 K/W.     

恒流远程供电系统组网可行性研究

对恒流远程供电的链式组网系统和网状组网系统分别进行系统恒流特性和抗故障特性的讨论,并利用Pspice进行仿真分析。仿真表明,观测节点可以实现恒流正常工作,且当海缆出现断路时具有良好的抗故障特性,从而论证了恒流远程供电系统的组网是可行的。