1 中国地质大学(武汉)珠宝学院，湖北 武汉 430074
2 中国地质大学(武汉)先进制造研究所，湖北 武汉 430074
3 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
金属蒸气、飞溅和熔池是激光选区熔化(SLM)增材制造过程中的重要物理现象，与成形质量关联密切。本文基于高时空分辨原位成像系统，研究了SLM成形过程中金属蒸气与飞溅的相互作用。实验发现：金属蒸气不仅可以间接作用于粉末颗粒，即通过卷吸作用诱导的惰性卷吸气流形成粉末飞溅，还可以直接作用于粉末颗粒，即通过抬升力或反冲力使粉末颗粒进入蒸气羽流或落回粉床。得到了从熔池“液基”出射的熔滴飞溅以及从基板“固基”出射的粉末飞溅的速度阈值。将SLM成形过程中的飞溅作为示踪粒子，原位测量获得了蒸气反冲压。研究蒸气反冲力作用下金属蒸气与飞溅的“气-固”相互作用，为深入理解金属蒸气与熔池的“气-液”相互作用等现象奠定了基础。
激光技术 激光选区熔化 金属蒸气 飞溅 动力学 相互作用 增材制造 中国激光
2022, 49(14): 1402202
广东工业大学 广东省计算机集成制造重点实验室, 广州 510006
为了实现大功率激光焊接状态的实时检测, 采用了基于传感器信号多特征融合进行焊缝成形预测的方法,以大功率碟片激光焊接304不锈钢为试验对象, 应用分光仪获取焊接过程中的光谱分布, 并用紫外波段和可见光波段高速摄像机采集金属蒸气视觉图像, 对所提取的特征参量与焊接状态之间的关系进行了理论分析和实验验证。结果表明, 通过建立后向传播神经网络焊缝成形预测模型, 取得了熔宽和熔深的预测绝对误差平均值数据分别为0.18mm和0.72mm。该方法能够准确反映熔宽及熔深的状态变化,这一结果对大功率激光焊接状态在线监测是有帮助的。
激光技术 多特征融合 光谱分布 金属蒸气 视觉图像 后向传播神经网络 laser technique multi-feature fusion spectral distribution metal vapor visual image back propagation neural network
1 上海交通大学材料科学与工程学院上海市激光制造与表面改性重点实验室, 上海 200240
2 液化空气（中国）研发有限公司, 上海 200233
在细管径侧吹气体的辅助下,对SUS 304不锈钢试样进行了光纤激光焊接，使用高速摄影设备配合背景激光光源对匙孔、熔池以及金属蒸气的行为进行了观察，并对焊缝熔深和焊缝成形进行了分析。结果表明：在激光功率、焊接速度、离焦量、喷嘴位置与角度等参数一定的情况下，焊缝熔深随着细管径侧吹气体流量的增大而增加。细管径侧吹气体可以明显打开匙孔并维持匙孔稳定性，并扩大熔池面积。气体流量大小对焊缝成形有较大影响。当无细管径侧吹气体时，飞溅较大，焊缝成形均匀；当气体流量较小时，飞溅较小，且焊缝成形均匀；当气流量过大时，飞溅较小，但焊缝成形较差。
激光加工 光纤激光焊接 侧吹气体 高速摄影 熔池与金属蒸气 熔深
1 湖南科技大学 难加工材料高效精密加工湖南省重点实验室, 湖南 湘潭 411201
2 湖南科技大学机电工程学院, 湖南 湘潭 411201
3 湖南大学机械与运载工程学院激光研究所, 湖南 长沙 410082
激光深熔焊接过程的稳定性与焊接时的金属蒸气动力学行为密切相关。采取特殊试验方法对高功率激光深熔焊接小孔内喷出的金属蒸气流力学特性进行研究, 观察分析了在金属蒸气流的推动作用下自由下落金属球的速度变化以及从小孔飞出的飞溅熔滴速度大小。结果得出, 激光深熔焊接过程中激光功率越大、离小孔开口处距离越小, 由小孔喷出的金属蒸气流的推力越大; 相同激光功率焊接时, 飞出小孔的飞溅具有的速度和动能远大于金属蒸气推动金属球获得的速度和动能增量, 揭示了飞溅在飞出小孔前已经获得较大动能。由此得出, 相比于小孔内高压蒸气流和流动的焊接熔池熔液的动力学作用, 从小孔喷出后的金属蒸气流的推动作用甚微。
高功率激光 深熔焊接 金属蒸气 动力学行为 high power laser deep penetration welding metallic vapor dynamics behavior
1 中国科学院电子学研究所，北京 100190
2 解放军电子工程学院脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽 合肥 230031
3 中国科学院大学，北京 100049
基于三能级速率方程建立了横向泵浦铷蒸气激光器阈值计算模型，首次详细研究了横向泵浦铷蒸气激光器的泵浦阈值特性。论文结合实际参数，数值模拟了单Bar条半导体激光器横向泵浦铷蒸气的非线性吸收和泵浦光在蒸气室内的传播以及阈值工作状态下小信号增益的分布，仿真分析了蒸气室长度、温度、缓冲气体气压及组份配比、聚焦透镜焦距以及谐振腔诸参数对横向泵浦铷蒸气激光器出光阈值的影响。分析结果表明：对缓冲气体组份配比进行优化可以有效的降低泵浦阈值功率；蒸气室长度与温度共同影响阈值功率；较大的窗口片透过率和不大于70%的输出耦合率可以使泵浦阈值功率保持在较低的水平。文中对铷蒸气激光器等碱金属蒸气激光器的关键部件设计和系统优化可起到借鉴参考的作用。
横向泵浦 铷金属蒸气 激光器 阈值特性 side-pumped Rb vapor laser threshold characteristics 红外与激光工程
2016, 45(2): 0206001
电力设备与电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049
针对铝单丝Z箍缩负载, 计算其可形成金属蒸气而不形成核冕等离子体的电路和负载参数范围。提出了铝丝电爆炸形成金属蒸气的能量沉积判据和击穿电压判据; 建立了热动力学模型, 选取电路参数使得金属丝气化时放电回路电流恰好迅速下降, 从而避免发生电压击穿。计算了典型电路下的负载电流、电压、电阻及沉积能量的变化曲线, 并分析了回路总电感、充电电压以及负载丝长度、直径对其的影响规律。计算结果表明: 当储能电容为150 pF、充电电压为65 kV、回路电感为300 nH时, 可驱动直径20 μm、长2 cm的铝丝电爆炸形成铝丝蒸气。快电流前沿、小丝直径和较短的丝长度有助于提高负载中的单位质量沉积能量, 容易电爆炸形成金属蒸气负载。
Z箍缩等离子体 铝丝电爆炸 核冕结构 金属蒸气 电压击穿 Z pinch plasmas aluminum exploding wire core-corona structure metal vapor voltage breakdown 强激光与粒子束
2014, 26(2): 025003
对带轴向温控仪的金属蒸气激光放电管,建立了描述放电管径向温度场的简单数学模型。给出了由热辐射和热传导引起的径向温度变化的解析表达式,计算分析了轴向温控仪对激光管管壁温度和径向温度分布的作用机制。结果表明轴 向温控仪可在一定范围内独立调节放电管管壁温度和减小激光管的径向温度梯度,可有效提高激光器运转效率和稳定性。
激光技术 轴向温控仪 金属蒸气激光 径向温度分布
介绍了一套线源金属原子蒸气发生装置.该装置由以下几部分组成:不锈钢真空蒸发腔体;真空获得系统;电子枪;坩埚;能产生均匀磁场的磁极及线圈;推拉式内置工作平台;循环水冷却系统;电源、测量仪器及控制电路.经安装、调试和试运行试验,性能良好,已达到原设计指标.真空度达到3×10-3Pa,对钆金属材料,能产生熔池的表面面积为22 mm×4 mm.利用此装置可开展电子枪蒸发、离子引出等多项实验研究.
同位素分离技术 原子蒸气激光同位素分离 电子枪 金属蒸气 均匀磁场 真空系统
在研究传统的自终止跃迁和等离子体复合跃迁二类不同机制的脉冲放电金属蒸气激光器件的基础上,获得了一系列新的进展；对自终止跃迁激光的深入研究,发现了一种新型激光,并据此做出了新的分类。
脉冲放电 金属蒸气 新型激光
采用卤化锶替代金属锶作为激光工作物质,获得多组锶激光振荡,包括波长6.45 μm的锶原子自终止激光,波长1.03/1.09 μm的锶离子自终止激光和波长416.2/430.5 nm的锶离子复合激光.展望了卤化锶激光器的发展前景.
卤化锶 金属蒸气 激光
