利用生死单元法建立了 2024铝合金薄板光纤激光焊接和 TIG焊接的有限元模型, 对比研究了自由焊和拘束焊条件下的焊接变形特征及规律, 结果发现激光焊接和 TIG焊接铝合金薄板的变形特征均为垂直焊缝方向为角变形, 平行焊缝方向为挠曲变形, 其中 TIG焊的焊接变形量显著大于光纤激光焊。基于激光三角测距原理建立了焊件变形测量装置, 并对焊缝方向和垂直于焊缝方向的变形进行了测量。结果表明, 去除夹具约束后薄板焊件会在应力作用下进一步发生变形, 最终焊接变形量的计算结果与实验测量结果吻合较好。

钛合金与钢焊接易生成金属间化合物, 对焊缝性能有显著影响。为探索钛合金与钢激光焊接的可行性, 对钛合金与合金钢进行了激光焊接工艺实验, 对比了钛合金与合金钢激光对焊、激光搭接焊及激光搭接熔钎焊三种工艺。利用金相显微镜、扫描电镜、能谱及 XRD对焊缝微观结构、断口形貌及元素成分进行了分析。结果显示, 钛合金与合金钢激光对焊与搭接焊熔池中元素扩散充分, 生成脆性金属间化合物, 使焊缝塑性降低甚至开裂。激光搭接熔钎焊方法通过优化焊接过程热输入, 可以控制熔池大小, 减缓元素扩散, 抑制金属间化合物的形成, 将金属间化合物的分布控制在有限区域内, 有助于提高钛合金与钢的焊接质量。

针对金刚石钻头多品种、多规格等特点, 开发了自动化金刚石钻头激光焊接成套系统。解决了焊接机械手动作、刀头稳定传送、电机驱动与 PLC控制等关键技术, 从激光焦点位置参数(偏移量、入射角)、激光功率和焊接速度等方面系统研究了金刚石钻头激光单面焊接工艺。结果表明: 对于渍62 mm和渍82 mm、基体厚度 2 mm的金刚石钻头, 激光功率选择 1600耀1800W, 焊接速度在 1.1耀1.2 m/min范围内, 其焊缝的成形良好, 抗弯强度能达到国际 MPA标准。

为了在薄壁舱段相连接处同时焊上环形加强筋, 以 Ti750和 TC1为试验材料, 进行了一系列 T型接头激光焊接工艺试验, 研究钛合金 T型接头激光焊接工艺性, 通过分析焊缝成形与焊接参数之间的关系, 并对焊缝进行成分和力学性能测试, 得出焊接这类 T型接头的激光焊接工艺规范, 并成功试制钛合金薄壁加强筋结构舱段。

研究了激光立体成形技术制备的 300M超高强度钢试样热处理前后的组织演化。结果表明, 300M钢的沉积态组织呈现细密的初生奥氏体柱状枝晶形态, 并导致整体相形态呈现一定的取向性, 相组成由底部的马氏体为主经中部的马氏体＋下贝氏体转变为顶部的马氏体＋上贝氏体。经过热处理后, 初生的柱状枝晶生长形态消失, 组织明显均匀细化, 呈现显著细化的板条状马氏体形态。另外, 本文还分析了激光立体成形 300M钢可能出现的宏观缺陷, 并指出了其成因。

在不同扫描速度下采用 5 kW横流 CO2激光器对高铬铸铁轧辊进行激光熔覆试验。使用光学和扫描电子显微镜对熔覆层的组织形貌和成分进行分析, 并对涂层的截面硬度进行测试。结果表明, 通过激光熔覆技术, 可以在高铬铸铁轧辊表面制备出得到高硬度的涂层, 并对产生裂纹的原因进行了分析。随扫描速度的增加, 熔覆层的组织由细小变为粗大, 涂层的气孔率变大, 产生裂纹的倾向增加。涂层与基材为冶金结合, 涂层的显微硬度达到 62 HRC, 速度的最优值为 2.5 mm/s。

利用 DL-T5000型二氧化碳激光器在 40Cr表面熔覆镍基合金, 分析了激光熔覆层的显微组织, 测试了其显微硬度及磨损性能。结果表明: 所制得熔覆层组织致密、无裂纹, 与基体形成了良好的冶金结合。从熔覆层表面到基体热影响区, 组织依次为大量的树枝晶、等轴晶、柱状晶。熔覆层的硬度较基体提高了 4倍, 熔覆层磨损量约为基体磨损量的 1/3, 熔覆层耐磨性能增强的主要原因是镍基合金与涂层元素镍、铬等固溶强化和碳化物等析出相的强化作用所致。

切割不锈钢板材随切割速度的改变, 板材切割边缘易出现“沾渣”, 影响加工质量; 提出建立一沾渣控制自适应控制线性模型, 利用均匀实验法来采样输出功率与切割速度对于目标函数之间的对应关系; 分析了易速度起伏的大幅度转角判定模式; 试验验证上述策略的可行性, 其结论具有一定的实际实用价值。

采用激光熔覆技术在 AZ91HP镁合金表面制备了 Ni60.2Zr33.8Al6合金涂层。利用 X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机和失重法, 对不同激光扫描速度下合金涂层的相组成、微观组织、成分、显微硬度、耐磨性和耐蚀性进行了分析。研究结果表明, 不同激光扫描速度下合金涂层皆是由非晶、Ni21Zr8、Ni10Zr7和琢-Mg相所构成。随着扫描速度的增加, 合金涂层中非晶相的数量呈现出先增后降的变化趋势, 在扫描速度为 10 mm/s时, 非晶相的含量达到最高。由于受晶粒细化和非晶相含量的影响, 合金涂层硬度在扫描速度为 10 mm/s达到最高。但扫描速度对合金涂层的耐磨性和耐蚀性影响不大。

研究了一种基于廉价传感器 OPT201、数字处理电路和嵌入式系统的激光脉冲峰值功率实时检测系统, 介绍了该系统的设计思路。提出利用传感器与被测峰值功率之间的关系以补偿采样检测数据的方法。通过对该方法的实验观测, 可实现在重复频率为 4kHz以下的峰值功率高精度检测, 检测误差整体小于1%。

对二极管侧面泵浦的薄片激光器进行了热效应理论模拟和实验研究。针对大尺寸的复合薄片增益介质的热负荷与表面形变进行了有限元理论分析和数值模拟以及实验研究。在不同的泵浦条件下分别进行了波前相位测量, 分析了高功率泵浦情况下, 大尺寸薄片状激光晶体的形变状况。实验测量结果表明, 大尺寸薄片晶体的表面热形变较小, 热耗散功率密度降低, 与有限元理论模拟分析的结果基本一致, 增大激光增益介质的表面尺寸有利于减小热效应。

以NEL-2000轴快流 CO2激光器为例, 从谐振腔的设计、部件加工、部件及整体装配等几方面出发, 研究造成谐振腔折叠偏差的可能原因; 并运用几何光学原理, 分析了单折腔轴快流 CO2激光器的双折反镜结构, 分别提出了两块折反镜必须且应该具备的调节功能, 给出了一种全可调折反镜与半可调折反镜相组合的折反镜结构设计方案。试验结果表明, 在一定的机械加工精度误差和装配误差范围内, 该方案可以消除由于部件的机械加工和装配而产生的误差。

运用CCD拍摄被测物体三维大位移的数字图像, 由 MATLAB软件分析图像, 并由计算机自动处理得到被测物上各测点的坐标, 并将测量数据可视化, 演示被测物体位移变化的过程。该系统可用于测量物体动态变化的大位移, 测量范围广, 实验中位移由 1 mm至 90 mm, 测量不确定度优于 1.5%。

对双光子光折变晶体串联回路中明-暗屏蔽孤子对的暗孤子晶体温度对明孤子自偏转特性影响进行了理论研究。数值结果表明: 明孤子的空间漂移随暗孤子的晶体温度变化而发生改变, 暗孤子晶体温度的变化对明孤子的自偏转产生强烈的影响。用微扰法对自偏转的温度特性研究结果和通过数值法得到的结果符合的很好。这些结果对温控光器件的工程实现具有重要的参考价值。

建立了阶跃光激励下固体材料温度变化的三维理论模型, 用本征函数法求解热传导方程得到了固体中的温度场分布, 研究了样品中的温度随时间和空间的变化规律, 讨论了材料的光热属性对温度场分布的影响并由此提出一种测量材料热扩散率的方法。

研究了温度对法布里-珀罗铌酸锂电光开关性能的影响。理论分析结果表明, 铌酸锂晶体折射率热变化引起的光程差变化要比线性热膨胀引起的大一个量级, 而电光效应热变化引起的光程差变化则比前两者的小得多。折射率随温度的改变是晶体温度升高造成光程差变化的主要原因, 进而使法布里-珀罗电光开关透射峰的中心波长发生漂移, 失去对光束的调控能力。可以通过在铌酸锂晶体上施加直流电压或者在法布里-珀罗腔中加入液晶波片的方法对温度的影响进行补偿。

为了研究不同颜色吸收体对光声成像的影响, 采用针状的 PVDF膜水听器, 接收面积的直径为 1 mm, 光源为 YAG激光器, 波长为 1 064 nm, 重复频率为 20 Hz, 脉宽为 6 ns。由仿真结果表明, 暗红、深红、红色对激光波长吸收较好, 而淡红色对激光波长吸收较差; 同样由实验结果表明, 黑色的头发和橡胶环对激光的吸收比淡红色的猪肝的吸收要强一些。