不同冷却方式对激光加工CFRP的影响研究

为了探索不同冷却方式对激光加工的影响,采用水、气体以及水气复合3种不同冷却方式辅助激光加工碳纤维复合材料进行了对比研究,同时采用单因素实验研究了不同工艺条件对加工质量的影响,并分析了作用机理。结果表明,在3种冷却方式下,热影响区、槽深均随着功率、频率的降低而降低,随着扫描速率的增加而降低;在相同工艺参数下,水气复合辅助激光加工产生的热影响区最小,气体辅助激光加工产生的热影响区次之,水辅助激光加工产生的热影响区最大;当激光功率为2250 W、频率为1200 Hz、速率为120 mm/s时,水、气体以及水气复合3种不同冷却方式的热影响区分别为378μm, 283μm, 196μm,槽深分别为401μm, 789μm, 647μm;采用水气复合辅助激光加工可以在加工过程中实现较好的冷热平衡,获得最好的加工质量。该研究为更好地实现碳纤维复合材料低损伤加工提供了参考。     

碳纤维复合材料激光切割温度场研究

为了探索激光切割工艺参数对碳纤维复合材料温度场的影响,采用有限元模拟分析和试验验证的方法,综合考虑辅助气体冷却和热辐射作用,定性模拟分析了激光功率、扫描速度和激光光斑半径对碳纤维复合材料厚度方向和垂直于激光扫描方向的温度场影响规律.结果表明:激光切割工艺参数对试件厚度和垂直切割方向的热影响具有一致性;吸收能量较多时造成...     

CFRP复材飞秒激光小孔加工工艺研究北大核心CSCD

飞秒激光有着极窄的脉宽、极高的峰值能量,因此具有加工范围广、加工质量好等优势。利用飞秒激光对CFRP复合材料进行小孔加工试验,研究了光斑局部填充和全填充两种方式对Φ3 mm小孔加工的影响。通过光学显微镜、工业CT等检测手段对试件的小孔加工进行检测,分析小孔进出口形貌以及内壁锥度,对比讨论了不同填充方式对材料去除的影响。试验结果表明,全填充的排屑条件好于局部填充,因此更容易加工出通孔;局部填充易导致光束向底部反射以及热量聚集所致的材料去除,因此加工出的通孔锥度较小。扫描速度越小,孔的锥度越小,反之扫描速度越大,孔的锥度越大。填充间距影响着激光的输入能量密度,因此填充间距对小孔加工的深度有直接影响,对小孔入口直径以及小孔锥度的影响较小。     

单脉冲平顶激光清洗CFRP的多物理场特性研究

为探究平顶激光清洗碳纤维增强复合材料(CFRP)的作用机制,本研究考虑CFRP的组分对激光的吸收、反射特性差异显著,将激光载荷分层施加到CFRP的细观有限元模型上,引入热烧蚀-热应力双重作用效果,还原不同能量密度下单脉冲平顶激光清洗形貌,并完成了试验验证。结果表明:分层施加激光载荷较传统表面加载模式能够有效提升仿真精度,采用热烧蚀-热应力双重判据能够进一步提升形貌还原效果,本研究模型的仿真形貌长轴贴合度不低于9664,面积贴合度达到8000,并通过高精度模型瞬时温度场分布能够指导激光清洗CFRP表面树脂的实际工艺。     

CFRP与不锈钢激光焊接的有限元分析

为了研究碳纤维增强热塑性复合材料（CFRP）与不锈钢激光焊接的机理,及不同工艺参量对焊缝质量的影响规律,采用ANSYS建立了基于热传导焊的3维有限元模型,计算得到了温度场和应力场的分布,分析了激光功率、焊接速率和光斑直径等参量对焊缝宽度和焊接深度的影响规律,并进一步计算分析了焊接后的残余应力对焊接质量的影响情况。结果表明,该有限元模型能够快速、有效模拟激光对CFRP-不锈钢焊接温度场和残余应力分布;激光功率、焊接速率和光斑直径等工艺参量对焊缝宽度和焊接深度有着重要的影响;计算出的焊接残余应力与残余应力的理论分布规律也基本吻合,验证了该有限元模型的可靠性。该研究结果对获得高质量CFRP-不锈钢焊接接头是有帮助的。     

海面水雾对激光传输的影响分析

为了研究水雾对激光传输的影响,采用理论分析与设备实测相比对的方法,对水雾的近红外消光特性进行了理论分析和实验验证,取得了海洋环境雾天不同能见度条件下的激光大气传输衰减特性测量数据及同等试验条件下的模拟计算对比数据。结果表明,海洋环境下,水雾是影响激光大气传输的主要因素,其消光系数量级在10-1km-1或100km-1,水雾对激光传输的衰减是大气分子散射和吸收所引起衰减的十几倍甚至几十倍;结合实测数据对经验常数C进行了修正,得到基于能见度的1.06m激光在海雾中衰减的经验公式。所得结果对科学评价激光对抗装备远场效能具有参考意义。     

激光功率对激光加工CFRPs热损伤影响研究

激光加工通过迅速升温实现材料去除,能够克服传统碳纤维增强复合材料(CFRPs)加工过程中出现的热损伤而导致的加工质量问题,成为了CFRPs精密加工的先进技术。为探究激光功率对CFRPs切割过程的影响机理,针对CFRPs激光切割过程,建立了综合考虑激光功率分布特性、材料相变烧蚀特性、材料各向异性和空气对流的三维介观耦合模型,应用COMSOL5.6进行了数值模拟。模拟结果表明,环氧树脂的烧蚀量随时间的变化呈三次函数关系,碳纤维的烧蚀量呈一次函数关系,且环氧树脂的去除速率高于碳纤维去除速率。此外,热影响区(HAZ)宽度随激光功率增大而增大,随时间变化呈三次函数关系。     

水雾对红外光谱遮蔽衰减特性研究

从理论上简要阐述了水雾对红外光谱的遮蔽衰减特性,用朗伯—比尔定律描述、分析了红外光谱在辐射传输过程中辐射经水雾吸收和散射后的能量变化.同时用米氏散射理论解释、计算水雾粒子的散射系数、消光系数并考虑路径辐射过程其他因素的影响.并且通过检测评估说明了水雾对红外辐射能量的遮蔽衰减特性.     

碳纤维飞秒激光旋切盲孔加工工艺研究

激光对碳纤维复合材料的孔加工在近些年得到了大量的研究,然而大部分都是切孔类的加工,在高质量盲孔加工方面的研究报道较少。利用自研旋切系统结合飞秒激光开展盲孔加工工艺研究,通过光束偏转系统和一组透镜实现光束偏转和平移,最终得到光束倾斜聚焦的效果,可避免由于高斯光束聚焦特性而产生的加工锥度。通过此装置,对碳纤维复合材料进行了0.3 mm孔径盲孔加工的研究,探讨了各工艺参数对加工结果的影响规律,并得到了优化参数,获得了较好的0.15 mm深平底直盲孔的加工效果。在此基础上,进一步探究了对异形底面盲孔的加工,通过逐层加工方式最终得到了截面直径为0.3 mm的半圆状盲孔加工效果。孔整体加工质量良好,热影响区小于5μm。     

直径检测中消除激光功率波动对测量结果影响的方法

介绍了一种激光扫描法测量玻璃管外径中消除激光功率波动对测量结果影响的电路,阐述了激光扫描法测量外径的原理和引起激光功率波动原因,并给出硬件框图.激光扫描计量技术是利用激光扫描来计量物体几何尺寸的技术.这是一种非接触动态测定物体尺寸的光学技术.它的原理是利用激光的方向性和高能量密度的特点,把几何尺寸的测量转换成对扫描时间的测量.当激光光束高速扫过被测玻璃管时,检测电路输出的电压幅值将随激光功率波动而随之波动,使得输出数据不稳定,影响测量精度.采用中间值比较的玻璃管波形检测电路有效的消除了激光功率波动对测量结果的影响,从而保证了仪器的精度和稳定度.(PE5)     

激光加工碳纤维增强复合材料研究进展

碳纤维增强复合材料(CFRP)因其优异的性能,在航空航天、国防等领域有着广阔的应用前景。为了掌握激光加工CFRP的去除机理,研发出高效率、低损伤加工该材料的方法,归纳整理了激光加工CFRP去除机理的研究成果,并从激光特性、工艺参量、气液辅助、材料特性4个方面出发,介绍了国内外激光加工CFRP的研究进展,总结了影响激光加工CFRP质量的因素,并给出了提高加工质量方法的建议,最后对激光加工CFRP的发展趋势进行了展望。     

基于激光光斑直径的激光熔覆粉末汇聚特性数值模拟

为了探索激光熔覆过程激光与粉末流的耦合作用机理,通过激光熔覆喷粉数值模拟,研究送粉速度对粉末汇聚特性的影响规律,随着送粉速度的增加,粉末流焦点直径逐渐减小,粉末流获得良好的收敛性.通过分析激光光斑模拟图,研究激光光斑大小与粉末流焦点直径的作用关系,并通过激光熔覆实验进一步验证,当粉末流焦点直径接近激光光斑直径时,熔覆形...     

光束发散角对星载激光测高仪森林回波的影响

植被树高是生物量评估和森林生态监测的重要参数,但是大区域的植被树高数据获取困难.由大光斑星载激光测高系统森林回波可反演大区域植被树高,然而大坡度山区的植被和地面回波混叠严重,难以准确提取波形参数反演植被树高.为此建立森林目标回波的解析模型,推导出从混叠回波中分离植被和地面回波的必要条件,指出导致回波混叠的因素除了目标粗糙度和坡度,还有发射脉冲的发散角.分析了地表粗糙度和地形坡度对植被冠层回波的展宽效应及其对波形分解的影响,通过比较实测GLAS波形和仿真回波波形,验证了压缩光束发散角可降低森林回波对大坡度地形的敏感性.对于卫星轨道高度在500~600 km之间时,激光测高仪光束发散角一般在40~60μrad,更有利于森林植被树高的反演.所得结论为提高大坡度山地森林树高反演精度,从星载激光测高仪的系统设计角度提供了有意义的参考.     

碳纤维复合材料皮秒激光切割工艺研究

为了研究100W皮秒激光对碳纤维复合材料（CFRP）切割工艺,采用单因素实验方法,进行了理论分析和实验验证,得到了平均功率、重复频率、扫描速率、扫描次数对热影响区及扫描深度的影响规律,并对1.5mm厚碳纤维复合材料板进行了切割实验。结果表明,选取平均功率为60W、重复频率为0.4MHz、扫描速率为10m/s、轨迹重复扫描20次、切缝上表面宽为350μm等适当参量时,得到的直线切缝和圆形切孔的热影响区极小。这为皮秒激光切割CFRP的进一步研究与工业应用提供了参考。     

激光辐照CFRP下温度对铺层结构的敏感性研究

为了研究连续激光作用下层叠型碳纤维增强环氧树脂基复合材料(CFRP)的铺层结构对材料温度的影响,采用有限元软件COMSOL模拟连续激光辐照5种典型层叠型CFRP的烧蚀过程.通过材料表面的温度偏差,获得了5种典型层叠型CFRP的温度分布和演化规律;通过对材料整体温度分布进行统计分析,获得了材料温度均匀性随激光辐照时间的变...     

激光热处理理论探讨与实验

本文引用一些资料的结论，从加热金属表面热传导方程出发，推导了激光表面热处理过程中激光功率P，照射光斑直径d和照射时间t等工艺参数与处理深度z之间的关系。经实验证明，理论和实验基本相符。理论和实验证实利用改变激光功率P，照射光斑直径d和照射时间t等工艺参数来实现严格控制激光表面热处理深度z的可能性。     

热丝填充激光焊接光斑直径与对接间隙裕度研究

装配间隙是影响国际热核聚变实验反应堆(ITER)校正场线圈盒激光封焊质量的重要因素之一。采用热丝填充激光焊接,在离焦量分别为+5、+10、+16mm的情况下对5mm厚核聚变用钢316LN在不同对接间隙条件下进行光斑直径与对接间隙裕度的研究。焊后进行了焊缝表面、截面形貌的分析,同时进行了金相组织、接头拉伸强度、显微硬度测试及断面电镜与成分分析。结果表明,在热丝填充激光焊接中,光斑直径大小不仅可以与对接间隙量相当,还可以在小于对接间隙量0.1~0.2mm的情况下,得到表面成形较好且抗拉强度值较高的焊缝,当光斑直径小于对接间隙量达到0.3mm时,焊缝表面成形变差且抗拉强度值下降。     

超短脉冲激光加工碳纤维复合材料研究进展

超短脉冲激光加工作为一种非接触式的特种加工方法,利用高功率密度的聚焦激光束烧蚀碳纤维增强复合材料(CFRP)表面,实现高精密加工,有望解决传统机械加工工艺造成的刀具损坏、残余应力和表面质量差等问题。因此,本文综述了近些年超短脉冲激光加工CFRP的研究进展。首先梳理了超短脉冲激光加工CFRP的加工机理,其中包括了材料去除机理、相互作用过程机理和对激光的吸收与反射机理。其次,着重阐述了热影响区和锥度这两类缺陷,分析了缺陷的形成原因,并提出了相应抑制方法。本文对超短脉冲激光加工CFRP的理论研究具备一定借鉴意义。     

表面气流环境下激光辐照碳纤维复合材料实验研究

以跨音速风洞为平台, 开展了表面亚音速气流环境下, 连续激光辐照碳纤维复合材料实验研究。研究表明, 无气流时, 喷出的热分解产物会降低激光能量透过率; 有气流时, 气流快速带走热分解产物, 并对基体分解后裸露的碳纤维材料进行冲刷和剥离, 加速了材料的烧蚀。表面亚音速气流的加载有利于激光对碳纤维复合材料的破坏, 且马赫数越大越有利; 在激光总能量不变的情况下, 适当降低激光功率密度, 延长激光作用时间, 有利于激光对碳纤维复合材料的破坏。     

激光光束光斑诊断仪探针微孔的加工

本文针对激光加工大功率激光光束光斑诊断仪诊断的要求,对探针微孔的加工要求进行了分析,介绍了微孔加工的系统,实现了对探针微孔的加工。