Heat source analyses of dual laser-beam bilateral synchronous welding for T-joint

The DLBSW（ dual laser-beam bilateral synchronous welding） technology of T-type joint has been widely used for the connection of skins and stringers in airplane industry. To understand the thermodynamic and mechanical behavior of this process, it is necessary to establish a reasonable heat source model. Two different surface-body combination heat source models are adopted in this paper. Both models use the Gaussian surface heat source model and one is combined with the cone body heat source model and the other is combined with Gaussian rotator body heat source model. The simulation results of these two different models are investigated. And the temperature field results of DLBSW process for T-joint with two different heat sources are discussed. It is indicated that the combination heat source model is effective to simulate the DLBSW process and the current study is useful for more profound research in this field.

基于光谱合束的双波长输出Nd:YAG固体激光器

报道了一种基于光谱合束的Nd:YAG固体激光器双波长光源。系统由两个固体Nd:YAG脉冲激光器通过光谱合束组合而成,两个固体Nd:YAG脉冲激光器可独立工作,有利于输出脉冲的波长调谐、功率调节和相对延迟调整。通过光栅的色散特性以及输出镜的共同外腔反馈将各个激光器锁定在不同波长,从而实现合束,获得的激光源中心波长锁定在1 061.5 nm和1 064.6 nm,两谱线中心间距为3.1 nm,组合光束的输出能量为173 mJ,组合光束的光束质量因子M2为2.8×2.2;两个Nd:YAG激光器独立工作的输出能量分别为94 mJ和92 mJ,在合束方向上的光束质量因子M2分别为2.7和2.1,在非合束方向上的光束质量因子M2分别为2.2和1.9;组合光束的输出能量为两个Nd:YAG激光器能量总和的93%,组合光束的光束质量因子与单个Nd:YAG激光束的光束质量因子M2基本相同。该双波长激光源满足波长间隔小、输出功率大小相近、同光轴等要求,在太赫兹波产生、测速激光雷达以及医疗仪器等应用领域具有重要作用。

铜及铜合金激光熔化焊接工艺的研究进展

激光熔化焊接被认为是连接铜的一种合适工艺,但铜对工业应用最为成熟的红外激光的吸收率非常低,采用红外激光对铜进行焊接还存在一定的挑战。与红外激光相比,铜对短波长的可见光激光的吸收率可提高数倍,因此可见光激光在铜的快速、高质量焊接方面展现出巨大潜力。本文总结了近年来铜及其合金的激光熔化焊接工艺研究进展,对铜的红外激光、可见光激光以及双光束复合激光焊接技术进行了介绍,对比了不同工艺的优缺点,最后对可见光激光焊接和复合焊接技术的应用进行了展望。

基于合光技术的可变焦激光探照灯设计

为增加激光光源的光效,进一步实现远距离照明,可使用基于合光技术的方案,设计一种可变焦激光探照灯。采用多颗蓝光LD排成阵列的方法,利用玻璃反光碗的光回收技术,对激光探照灯进行光路设计;同时使用二向色片来控制发散角度,从而实现激光探照灯的可变焦控制。测量激光模组在1 A电流下输出的光通量,经计算,荧光陶瓷片出射的总光通量约为730 lm。此外,对匀光片的散射特性进行改变,可实现对聚焦激光光斑的控制。此研究实现了可变焦激光探照灯的光路设计以及对聚焦激光光斑的控制,并利用二向色片实现了蓝光和黄光混合白光输出。该光学系统的整体光效较高,有较强的实用意义。

框桁式火箭贮箱壁板结构激光焊接变形仿真研究

针对框桁式火箭贮箱壁板结构双激光束双侧同步焊接(DLBSW)变形开展仿真研究。首先,建立了框桁式火箭贮箱壁板结构DLBSW有限元模型,并通过试验验证了该模型的可靠性;其次,重点考察了焊接顺序与方向对框桁式火箭贮箱壁板结构激光焊接变形的影响,获得了变形控制策略;最后,采用该优化方案,成功完成了框桁式火箭贮箱DLBSW壁板的研制。结果表明,采用“交叉中心焊”的焊接顺序,可极大程度地降低焊接变形;在焊接顺序优化的基础上,改变中间三条焊缝的焊接方向,可进一步降低焊接变形。

飞机壁板钛合金T型焊缝的高频超声相控阵检测技术

飞机壁板钛合金双束激光焊逐渐成为高性能机身结构的主要连接方式。鉴于壁板焊缝质量要求高、缺陷类型多、焊缝规模大,亟须一种兼顾高效率和高精度的无损检测技术保障其安全性能。本研究提出飞机壁板焊缝的高频超声相控阵检测技术,设计了相控阵超声检测探头及对比试块对焊缝内外部缺陷进行扇扫成像检测,并通过金相方法验证了检测结果。结果表明,高频超声相控阵检测技术可有效检测壁板T型焊缝中的典型内外部缺陷,包括未熔合、气孔、咬边、焊缝成形不良,高频相控阵检测技术的高效率、高精度、直观可靠的特点使其适用于飞机壁板焊缝的无损检测。

1420铝锂合金激光焊接气孔抑制技术

分别采用气体和固体两种类型、三台激光器对1420铝锂合金消除气孔的焊接工艺进行了试验研究。结果表明,1420铝合金表面氧化膜对产生气孔有很大影响,化学清理可以获得气孔较少的焊缝。保护气体种类、气体流量、焊接速度对1420铝锂合金气孔都有影响。适宜的双激光束焊接工艺可以获得成形美观且无气孔的优质1420铝锂合金焊缝,是1420铝锂合金焊接较为理想的焊接工艺。

脉冲激光沉积薄膜技术研究新进展

脉冲激光沉积薄膜是近年来发展起来的使用范围最广、最有希望的制膜技术。陈述了其原理、特点、研究方法 ,总结了超快脉冲激光、脉冲激光真空弧。

镀锌板激光钎焊温度场的数值模拟

以镀锌钢板为母材,以CuSi3焊丝为钎料,进行了单、双光束激光钎焊实验．在分析单、双光束激光填丝钎焊传热行为的基础上,采用有限元方法对激光钎焊温度场进行了数值模拟,提出了激光填丝钎焊热源模型．采用体热源来模拟熔化钎料铺展流动引起的传热,模型考虑了热物性参数随温度的变化带来的非线性影响以及潜热、辐射和对流对传热的影响．对典型激光钎焊工艺参数下的温度场进行计算,结果表明：单光束激光钎焊有较高的温度梯度,而2mm焦点间距的双光束钎焊接头峰值温度和温度梯度低,高温区域宽,更适合于获得良好的钎焊接头．

双光束激光钎焊工艺

以CO2激光为热源,镀锌钢板为母材,CuSi3焊丝为钎料,进行了双光束激光自动填丝钎焊工艺试验。通过对比单、双光束钎焊特点及改变双光束钎焊工艺参数,分析了双光束激光功率、离焦方式、双束激光能量配比、焦点间距等对接头质量的影响。结果表明,双光束钎焊对激光功率的变化具有更大的适应性;当采用负离焦并行双光束、2 mm焦点距离的串行双光束且前束激光功率大于后束激光时,可以获得更好的钎缝质量,钎焊过程更具灵活性、适应性。在此基础上,借助金相显微镜、SEM和EDX能谱分析,对接头组织及界面元素分布规律进行了分析。结果表明,双光束钎缝附近母材晶粒更细小,粗晶区更窄;在界面处有Fe-Si金属间化合物生成。

铝合金双光束/单光束激光-TIG复合焊

针对4mm厚5A06铝合金,分析了双光束光纤激光-TIG复合焊的焊缝成形特点、气孔率、匙孔动态特征及接头力学性能,并与单光束光纤激光-TIG复合焊对比。结果表明,在获得相同焊缝背面熔宽条件下,与单光束激光-TIG复合焊相比,双光束激光-TIG复合焊的焊缝背面成型连续性、均匀性更优且熔宽波动较小,焊缝气孔率降低50%以上,激光匙孔开口面积平均值更大,波动变异系数更小;双光束激光-TIG复合焊接头抗拉强度、断后伸长率、显微硬度、组织与单光束激光-TIG复合焊结果差别不大。

双光束激光焊接的试验研究

双光束激光焊接因其良好的过程稳定性和低的气孔率已经成为激光焊接的一个研究方向,本实验以45号钢为材料研究了成一定角度的CO2激光双光束的焊接特性。通过观察焊缝外貌形态和截面形状,研究焦斑间距和其他工艺参数对一定角度的双光束焊接的影响。

铝合金激光焊新技术

介绍了铝合金激光焊接的四种新技术:激光-GMA复合焊、激光填丝焊、双光束激光焊接和激光辅助搅拌摩擦焊的原理及其工艺特点。在此基础上重点阐述了用这四种激光焊接方法焊接铝合金的研究进展。

拘束条件对薄板T形接头双光束激光焊接变形的影响

采用单元温度对单元进行生死控制的有限元计算方法研究了拘束条件对2.5 mm厚铝锂合金5A90薄壁T形接头双光束激光焊接变形的影响,拘束条件包括对筋板施加和对底板施加两类,约束在焊接过程中施加,焊后冷却到室温去除.筋板拘束条件施加在筋板顶部和侧面,对比了施加与不施加约束两种情况,该两种情况连续焊接之前都采用点固焊对筋板进行固定.底板拘束条件通过在T形接头两侧设置压块对底板施压来实现,研究了压块与焊缝不同距离对焊接变形的影响.最后进行了试验验证.焊接过程中对筋板施加约束有利于减小焊接过程中及焊后筋板变形.底板纵向约束影响T形接头焊件挠曲变形的大小和方向,对角变形影响不大.焊接过程中对底板施加y向约束,有利于减小角变形.对底板加纵向约束与不加纵向约束两种情况进行了试验验证,变形方向及变形量最大值的计算结果与试验结果符合.

铝锂合金双激光束双侧同步焊接各向拉伸性能分析

以新型航空铝锂合金2060为主要研究对象,采用经前期试验验证的较优的激光焊接工艺参数开展焊接试验,制取接头试样,并设计了不同方向的拉伸试验.研究了焊接接头在纵向、环向等各个方向上的拉伸强度性能,分析了激光功率、焊接速度等工艺参数对接头拉伸性能的影响.结果表明,2060铝锂合金具有较好的激光焊接工艺适应性,但在接头软化、拉伸性能控制等方面有待开展进一步研究.

1420铝锂合金双光束激光焊接气孔的控制

以焊前不对铝合金板材做任何处理为前提,采用扩散冷却板条CO2激光系统,开展对1420铝锂合金的双光束激光焊接焊缝气孔控制的实验研究。实验结果表明:在激光表面扫描焊时,表面氧化膜对焊缝中气孔的影响大大高于背面氧化膜;但是,在激光对接焊时,焊缝气孔对背面氧化膜的敏感性和焊缝背面成形有直接的关系。经过实验得出了优化的焊接工艺以达到降低气孔率、提高焊缝质量的目的。还进行了1420铝锂合金的对接焊焊接接头拉伸强度实验。数据显示:选用优化的对接焊工艺,焊接接头的平均拉伸强度可达336.1MPa,为母材的87.5﹪。

实用双波段共孔径光学系统设计

针对用于目标定位、威胁告警以及搜索跟踪等方面的双波段共孔径光学系统进行了研究,设计了一款将长波红外与激光相结合的双波段系统;该系统采用折射光学系统形式,在光路中采用分光片进行分光。该系统红外波段传递函数值在25lp/mm时所有视场均大于0.2,在激光波段0.7视场以内弥散圆直径小于0.6 mm,且该系统结构紧凑,既能满足目标搜索在捕获阶段的探测视场比较大的要求,又满足目标识别跟踪阶段的高分辨率要求,具有一定的实用价值。

双PSD工业机器人标定系统多目标位置控制研究

为了快速、精确、低成本的实现工业机器人的标定,设计了基于双PSD(位置传感装置)的工业机器人标定系统,激光束校准是该标定系统的关键问题,需要控制固定在工业机器人末端执行器上的激光指针,使得激光束照射在一个PSD中心,并反射到另一个PSD中心,针对此多目标位置控制问题,在建立激光束校准模型的基础上,运用H∞控制理论设计了H∞控制器,通过在线预估工业计机器人坐标系与PSD坐标系之间的变换矩阵,快速实现激光束校准,并通过实验验证了该H∞控制方法的可行性和有效性。

基于双光栅的光纤激光光谱合成关键技术研究进展(特邀)

基于双多层电介质膜(MLD)光栅色散补偿构型设计的光谱合成激光器(SBC)既实现了多路光纤激光高光束质量共孔径合束输出,又降低了单路光纤激光的线宽要求,逐渐成为多纤光谱合成的重要技术途径之一。介绍了基于双MLD光栅光谱合成的基本原理,简要分析了其涉及的关键技术。回顾了高功率可合成窄线宽光纤激光器、高功率高效率短波长光纤激光器、大色散高衍射效率MLD光栅和高集成度密集组束等主要关键技术的研究进展。介绍了中国工程物理研究院应用电子学研究所在基于双MLD光栅光谱合成关键技术研究方面的最新研究进展。对双MLD光栅光谱合成光源的发展潜力进行了展望。

太阳能硅片双束激光划槽方法与装置

本文提出一种太阳能硅片双束激光划槽方法和装置,它利用Z型谐振腔的Nd:YAG激光器,声光Q开关调制,经直角棱镜发射双束激光,扩束聚焦输出到太阳能硅片表面,划槽最小线宽:20μm,最大划片速度:120mm/s、使生产率提高100%,节约能源30%。