建立了脉冲激光辐照金属材料表面的热学模型,通过拉普拉斯变换法求解了热传导方程,得出金属材料在激光辐照下加热和冷却过程瞬态温度场分布的精确解析解。基于Visual C++编程并实现界面化,实现对于具体材料激光辐照下瞬态温度场的预测和分析。并以纯铝的激光熔覆和镁合金的激光熔凝实验为例,验证了瞬态温度场的分布。结果表明,金属材料在一个脉冲时间内温度随激光辐照时间的增加而升高,辐照结束后,表面温度迅速下降,内部温度下降较慢。分析结论与相关实验结果基本吻合,证实了所建模型的合理性。该结论对其它激光表面处理过程具有一定的指导作用。

层合式柔性复合材料其强度、耐候性、密封性突出,在航空航天领域具有重要的应用价值。研究采用激光辐照的方法产生局域外热流,针对不同热流密度和氧气分压,对耐候层和高强度纤维层合材料的烧蚀特性进行了实验研究。实验结果表明,在局域外热源条件下,表面耐候层以热缩合破裂的形式与底层纤维脱开,从而使纤维材料暴露在外热源下,最终以纤维的受热分解和碳化实现材料的整体破坏。随着热流密度的增加,破坏过程明显加快,环境氛围对纤维的高温段烧蚀过程影响很大,而对耐候层的烧蚀过程几乎不产生影响。

激光喷丸强化是一项新型的表面处理技术,在这个处理过程中会产生残余应力,从而有效抑制材料疲劳裂纹的萌生以及减缓裂纹扩散速率,有效提高材料的疲劳寿命。为有效地控制金属表面残余应力,结合激光喷丸技术的特点,利用神经网络强大的非线性映射能力,将金属材料主要的力学性能参数和激光参数作为网络输入,金属材料表面残余应力作为网络输出,建立金属材料表面残余应力的优化控制模型。最后选用7050Al、A304不锈钢和AM50镁铝合金这三种金属材料对此模型进行验证,验证结果表明此模型可以有效地控制金属材料表面的残余应力。

光纤激光机器人三维切割系统是集三维六轴联动、高柔性、低成本于一体的智能化光机电产品。该产品主要利用机器人的空间运动优势和光纤激光柔性传输的特点来实现白车身冲压件的三维修边、切孔、分离,从而取代传统的模具加工。重点分析了系统在研发过程中的几项关键技术:控制系统的设计与集成、离线自动编程软件系统的研发、车身覆盖件三维激光切割夹具的设计、机器人激光切割头系统的研制、白车身薄板类金属的光纤激光加工工艺的研究等。该系统的研发成功,将大大缩短样车研制周期,对我国自主品牌汽车业的发展有着重要的战略意义。

针对设计中难以求出用于激光快速制造的三维送粉头解析解的难题,借助有限元分析程序ANSYS,对其进行了强度分析和模态分析。然后采用安装有三维送粉头的横流式5kW CO2激光器和5轴数控机床,对35#钢进行了激光淬火和激光熔敷实验,所得结果验证了有限元分析的可靠性,所做的研究为送粉头的设计和改进提供了有益的参考。

本文采用在铸铁轧辊表面上激光熔化预置的合金粉末来改善铸铁轧辊的表面性能。使用金相、扫描电镜和显微硬度计对激光熔化区的显微组织和硬度进行了测试表征。结果表明,激光熔化区与基体形成了冶金结合。由于激光的快速加热和快速冷却造成熔化区的组织细化。激光处理区的硬度由于晶粒细小和强化相的存在而得到提高。经450℃×48h高温回火处理后,激光熔化区的硬度几乎不发生改变。

以铁基合金粉和铝粉为原料,采用激光熔覆反应合成工艺在低碳钢基体表面制备Fe-Al合金覆层。利用扫描电镜、能谱仪、透射电镜以及X射线衍射实验方法等对熔覆合金层以及与钢基体的结合界面等进行了显微组织与相结构的分析。结果表明:采用激光熔覆反应合成Fe-Al合金工艺在1.5~2.1kW的熔覆功率范围内获得了与基体之间良好冶金结合的Fe-Al合金覆层,覆层组织致密,含少量孤立微孔隙,但无裂纹缺陷;Fe-Al覆层组织主要为细密、均匀的树枝晶,树枝主晶是固溶有一定量Cr、Ni、Si,化学成分满足Fe3Al中Fe与Al原子配比范围的α-Fe固溶体,其中各元素的原子比Fe:Al:Ni:Cr:Si大约为55:24:8:8:5。

利用500W脉冲Nd:YAG固体激光对2mm厚的AZ31B变形镁合金的焊接工艺进行了研究。结果发现,平均功率和脉冲宽度相同时,熔深熔宽随着脉冲频率的增大而减小;平均功率和脉冲频率相同时,峰值功率和脉冲宽度是影响焊缝几何尺寸的主要参数;脉冲频率和脉冲宽度相同时,熔深熔宽随着平均功率、峰值功率和单脉冲能量的增大而增加;在相同的平均功率、峰值功率和占空比下,脉冲宽度是影响焊缝几何尺寸的主要参数,峰值功率较高时,大的脉冲频率导致大量飞溅的产生,增加了熔池的不稳定性;脉冲激光焊接镁合金时应遵循较大脉宽、低频率、中等峰值功率的原则。

为增大激光器输出功率,实现中厚度板的激光焊接,研制了一套YAG激光耦合装置。利用非相干合成技术将三束激光合成为一束大功率激光,再通过耦合技术经由一根光纤输出。对耦合装置的焊接性能进行测试表明,与单束激光源相比,该装置可使焊接材料厚度大幅度增加,提高了加工效率。

研究分析了CCD光电转换后信号电荷的传输过程以及激光高亮度的特点。认为高亮度的激光容易使感光二极管饱和,从而使光生电荷不通过读出脉冲控制而直接溢出至垂直CCD中,形成溢出信号电荷包;高亮度激光在垂直CCD内的漏光信号较强,从而直接在垂直CCD中形成漏光信号电荷包。溢出信号电荷包和漏光信号电荷包不依赖读出脉冲而出现于垂直CCD中,它们叠加在一起称之为次信号电荷包。次信号电荷包,经过垂直CCD的耦合转移动作,就形成了区别于激光主光斑的次光斑。研究中对次光斑的间距及循环移动的规律给出了定量的分析。次光斑的间距由CCD的转移频率和激光的重频频率所决定。而相邻帧中,主光斑与次光斑的间距有周期性的变化,从而造成了CCD输出视频中的次光斑循环移动。这种变化是由CCD垂直扫描周期被激光脉冲间隔时间整除后的余数所决定的。

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。

论述了利用机器视觉图像处理及打标技术实现激光在线轮胎打标控制的基本原理和实现方法。为了克服轮胎打标现场光线照度不均匀、轮胎表面留有不均匀的润滑油等恶劣的环境,基于DALSA图像软件处理系统,提出一种改进的识别图像的方法。用VC++6.0开发了整个系统的图像处理软件和系统控制软件,该软件能在流水线上自动判别打标的位置,能根据计算机处理后的图像信息来调整光束偏转、自动地调节焦距进行标刻,极大提高了定位精度,简化了聚焦过程,减少打标产生的废品,目前已成功地应用于激光轮胎在线打标系统中。

研制了一种噪声巡检功能的激光二极管串联群驱动电源,并且数量可调节。该电源采用电路和程序控制算法相结合,当半导体激光器串联群中有一个或多个损坏,可以采用测量噪声的方式来检验和发现,并及时报警,从而确保整个系统工作的连续性、可靠性。

针对激光金属直接成形过程中的特征尺寸问题,采用ANSYS有限元分析软件,对方波作用模式下的激光熔池温度场进行了模拟分析。结果表明,在平均输出功率一定的情况下,熔池作用尺寸范围随着方波作用时间的减小而增大,而在光斑重叠率足够大的情况下,改变重复频率对熔池作用尺寸范围影响较小;在其它参数一定的情况下,熔池作用尺寸范围随着平均功率的降低而减小。结合模拟分析,设置相应的实验方案对方波作用下的各参数对金属直接成形特征尺寸进行了分析,实验结果变化规律与计算结果吻合。利用方波,成形出了具有小特征尺寸的薄壁零件。

提出了考虑探测概率曲线的激光告警设备作用距离的仿真方法。结合激光告警设备的探测概率曲线和大气湍流作用下的点光强起伏的概率分布,仿真得到激光单脉冲能量为10-5J时,中等湍流强度(Cn2=10-14 m-2/3)下激光告警设备的作用距离约为6.5km。实验结果证明这一方法是可行的。这一仿真解决了小孔径激光告警设备的作用距离外场评估费时费力的难题,为小孔径激光告警设备作用距离的评估提供了参考。

用磁控溅射法制备Ni80Fe20薄膜,用中温管式炉对NiFe薄膜进行500℃退火处理,用X射线衍射(XRD)仪对退火后的薄膜进行结构分析。运用飞秒激光泵浦-探测技术研究了衬底和退火处理对NiFe薄膜瞬时反射率的影响。实验结果表明:硅片和K9玻璃衬底对20nm厚NiFe薄膜的瞬时反射率曲线影响较小,对40nm和60nm厚NiFe薄膜的瞬时反射率曲线影响较大;经退火处理后的NiFe薄膜的瞬时反射率曲线由小于5ps的时间尺度和大于5ps的时间尺度两部分组成。

探讨使用半导体治疗髌下脂肪垫劳损性膝关节痛的疗效。方法:108例入组患者,随机分为2组,56例半导体激光治疗组,52例超短波中药离子导入治疗。对两组病例的治疗疗效做出比较。结果:经过10次治疗后,治疗组显效率达到96.43%,对照组为88.46%。结论:半导体激光是目前保守治疗髌下脂肪垫劳损性膝关节痛较好的治疗方法之一。