1 北京工业大学材料与制造学部，北京 100124
2 北京卫星制造厂有限公司，北京 100190
深空探测是21世纪人类进行空间技术创新、太空资源探索与利用的重要途径，准直器是深空探测器的关键部件。大深度、高空间分辨率栅格准直器的制造在国际上一直是个难题。本文以我国自主研制的硬X射线调制望远镜卫星(HXMT)中能望远镜高精度准直器为例，介绍了自主研发的大深度、高空间分辨率准直器跨尺度栅格结构的激光精密微焊接制造方法、关键工艺技术及成套装备。对于壁厚为70 μm、准直孔尺寸为1.17 mm×4.68 mm、深度为67 mm的钽片跨尺度栅格结构，准直孔尺寸精度控制在±20 μm之内。
中国激光
2022, 49(10): 1002402
在同轴送粉的激光熔覆工艺中, 研究了激光功率和扫描速度对宏观形貌的影响规律。发现随着扫描速度的增大, 熔覆道初始段出现高度不均现象。使用加速度传感器对激光熔覆轨迹的振动进行测试, 提取加速度信号, 再通过数值积分获得振动速度。对速度图像进行分析, 发现机器人的初始速度大于设定速度, 速度超差导致熔覆层的高度不均。针对此现象提出解决方法, 在速度匀速区进行熔覆, 并实际验证了本方法的有效性。
激光熔覆 振动测试 速度超差 宏观形貌 laser cladding vibration measurement over speed macroscopic morphology
北京工业大学材料科学与工程学院, 北京 100124
采用Ti+TiB2P、粗TiB2P与细TiB2P分别作为预置层，运用激光熔覆技术在Ti6Al4V表面原位合成TiB短纤维增强钛基复合涂层，并通过X射线衍射(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)分析TiB短纤维的体积分数与长径比。结果表明，涂层主要由TiB短纤维和TiB2P组成。当采用Ti+TiB2P作为预置层时，涂层中TiB短纤维的长径比随着Ti含量的增加而减小；当采用粗TiB2P作为预置层时，涂层中较难形成较大体积分数的TiB短纤维；当采用细TiB2P作为预置层时，涂层中可同时形成较高体积分数与较大长径比的TiB短纤维。结合涂层中TiB短纤维的变化规律，探讨了形成机理。
激光技术 激光熔覆 TC4钛合金 钛基复合涂层
北京工业大学 材料科学与工程学院，北京 100124
为了研究激光深溶焊接过程中匙孔内自由壁面的变化及相应的温度分布，采用光束跟踪法，推导出了符合激光深熔焊接物理过程的热源模型。在建立的气、液、固3相统一的控制方程中使用该热源模型，通过流体容积法追踪匙孔自由液面，得出了匙孔的动态变化过程及相应的温度分布。结果表明，采用光束跟踪法热源模型计算出的熔池轮廓与激光熔焊接实验相符合。
激光技术 激光焊接 光束跟踪法 匙孔 数值模拟 laser technique laser welding ray tracing method keyhole numerical simulation
在PHOENICS软件基础上开发了模拟激光表面重熔过程温度场和速度场的数值程序;温度场和速度场的计算采用了固定网格及处理熔化和凝固问题的一般源项方法;移动热源引起的能量和动量变化分别作为附加源项构建控制方程组,采用控制容积积分法对控制方程进行离散和求解;对铝合金激光表面重熔过程中的传热、相变及流体流动问题进行了三维非稳态的数值模拟研究。
激光重熔 移动热源 传热 流动
以合金相交多区域统一模型为基础,利用数值模拟方法,对脉冲Nd:YAG激光表面熔凝过程的非稳态温度场和熔区内的流场进行了理论分析。能量方程求解中考虑了固液相变潜热的吸收与释放；合金元素气化热损失、自然对流与辐射热损失；动量方程求解中考虑了热表面张力与浮力联合驱动流。结合实验条件计算了1Cr18Ni9Ti不锈钢在低频脉冲熔凝情况下熔区的形状和尺寸,并与实验解剖进行了比较。结果表明,在占空比较小时,系列脉冲中每一脉冲形成的表面熔区形状和尺寸可用定点轴对称脉冲模型很好地近似。
YAG激光熔凝 数值模拟 流场 温度场
