当家必须理财——上海激光所加强经济管理的体会

当家、理财,是研究所领导班子必须经常考虑的一个极其重要的问题.长期以来,研究所是靠国家的事业费维持的,不注意经济核算,不讲经济效益,是一个普遍存在的问题.检查我所过去在财政开支上也存在不少问题.例如:1.

LD端面泵浦Tm:SrF_(2)电光调Q激光器

高掺杂浓度的Tm^(3+)增益介质能通过交叉弛豫过程提高激光器的量子效率,但同时也会增加能量上转换带来的损耗,从而限制激光器效率的进一步提升。对Tm:SrF_(2)晶体的荧光特性以及激光性能展开研究。在激光二极管(LD)端面泵浦下,实现最大功率2.99 W的自由运转输出,激光器的泵浦阈值为0.89 W,中心波长1851 nm,斜效率高达82.1%。采用KTP电光调Q开关演示了Tm:SrF_(2)激光器的电光调Q输出特性。在500 Hz重复频率下,获得了1.02 mJ的最大单脉冲能量,泵浦阈值为2.01 W,最短脉冲宽度为45 ns,对应峰值功率为22.67 kW。实验结果表明,基于LD泵浦的Tm:SrF_(2)激光器具有非常高的效率,有望成为中红外光学参量振荡器(OPO)和光学参量放大器(OPA)的理想泵浦源。

点环激光超窄间隙焊与电弧焊高强钢厚板组织性能对比研究

为消除激光超窄间隙焊易产生的侧壁熔合缺陷,开发了点环激光填丝焊工艺,利用中心点激光对焊丝加热,利用环激光对窄间隙坡口加热,完成30 mm厚10CrNi3MoV低合金高强钢的焊接,并与传统电弧焊接头开展组织和性能对比分析。结果表明,激光超窄间隙填丝焊接头焊缝区由针状铁素体、粒状贝氏体与少量的马氏体组成,电弧焊接头由针状铁素体和粒状贝氏体组成。激光焊的快速冷却特点使其焊缝组织较弧焊更加细小。激光焊接头热影响区由较多的铁素体和粒状贝氏体组织和较少的M-A组元组成,有利于接头性能的提高。激光超窄间隙填丝焊接头抗拉强度与电弧焊接头近似相当,但激光超窄间隙填丝焊接头具有更好的冲击韧性。

强度调制宽带激光对受激拉曼散射动理学爆发的抑制

激光等离子体不稳定性是困扰惯性约束聚变的难题之一.宽带激光作为抑制激光等离子体不稳定性的有效手段,近年来受到广泛关注.然而,宽带激光在动理学区域驱动的受激拉曼散射等高频不稳定性存在非线性爆发,使抑制效果不及预期.本文提出一种外加强度调制的宽带激光模型.通过选择适当的强度调制包络,能够打断背散光在强脉冲中的放大过程,降低高强度脉冲诱发剧烈爆发的概率,并大幅减少背散光份额和热电子产额.数值模拟表明,强度调制激光对受激拉曼散射具有较好的抑制能力.对于平均功率为1.0×10^(15)W/cm^(2),带宽为0.6%的二倍频宽带激光,使用强度调制技术后,反射率下降了1个数量级,20 keV以上热电子能量份额也由7.34%下降至0.31%.上述研究证实了使用强度调制宽带激光抑制高频不稳定性的可行性,并有望为后续宽带激光驱动聚变实验设计提供参考.

等离子体控制优化激光烧结Ni_(30)Cr_(25)Al_(15)Co_(15)Mo_(5)Ti_(5)Y_(5)高熵合金涂层的显微组织与性能

提出一种激光诱导等离子体的主动抑制方法,以优化Ni_(30)Cr_(25)Al_(15)Co_(15)Mo_(5)Ti_(5)Y_(5)高熵合金(HEA)涂层表面激光烧结(SLS)的晶体结构和摩擦学性能,该过程采用脉冲激光和不同保护气体。结果表明,无保护气体或He气氛下的电子温度(T_(e))和等离子体射流体积均高于Ar-He气氛下的。SLS过程中发生明显的相变和金属原子扩散,α-AlFe_(3)、α-AlNi和γ-AlFe_(2)Ni化合物沉淀形成冶金结合。等离子体通过逆韧致辐射(IB)吸收较低能量加强激光与HEA之间的相互作用,使涂层显微硬度增加,动态摩擦因数降低,这说明等离子体控制对激光增材制造存在重要影响。

基于功率随动控制拐角激光焊接质量优化

针对拐角激光焊接存在的因加减速及光斑重叠引起的能量累积问题,提出一种基于时间和空间维度、同时考虑焊接比能量与能量密度分布的功率随动控制策略,控制拐角处的能量分布,优化拐角处的焊接质量.借助于MATLAB软件分析了拐角处的激光焊接热输入和能量密度分布,优化了激光功率和焊接速度之间的匹配关系.基于团队自主研发的激光振镜焊接控制系统,以3003铝合金为研究对象进行不同拐角条件下的拐角焊接质量优化试验.结果表明,采用基于时间和空间维度的功率随动控制策略可有效改善拐角处焊缝的表面形貌,保证焊缝的均匀性,同时,在不影响熔深质量的前提下,有利于抑制拐角处的缺陷生成,提高焊缝的整体质量.创新点:针对拐角处焊接缺陷,提出基于时间与空间维度的功率随动控制策略,优化了拐角激光焊接质量.

不锈钢薄板激光焊接头变形及预测研究进展

具有薄板结构的新能源汽车、航空航天器等运载工具极大地推动了现代工业轻量化的发展和应用。激光焊接作为先进制造领域的关键技术被广泛用于薄板结构互联工艺。但薄板结构的焊接变形及预测仍然是该研究领域面临的核心问题。根据不锈钢薄板激光焊接领域的研究进展,全面评述了此领域的研究现状,系统阐述激光焊接工艺下的焊缝几何尺寸对变形的影响,概括分析焊接变形预测的热源模型误差、关键技术、创新方法。旨在厘清不锈钢激光焊接变形的工艺特点、影响机理、发展趋势,为薄板激光焊接领域提供借鉴,推动新型薄板轻量化结构在各制造行业的广泛应用。

TIG电弧辅助激光焊TA2直缝薄壁焊管的组织性能研究

为解决纯钛TA2直缝管在钨极氩弧焊(TIG)高速焊接时出现的咬边、驼峰成形缺陷等问题,提出了TIG在前的电弧辅助激光焊工艺。针对φ19 mm×0.7 mm的TA2直缝焊管,对单TIG自熔焊和TIG电弧辅助激光焊采用不同的热源模式,采用Abaqus软件建立焊接有限元模型,对比分析了这两种焊接过程中的温度循环曲线和焊后残余应力,并对得试验到的TA2薄壁焊管进行了显微组织分析及性能测试。结果表明:模拟所得的两种接头的焊缝轮廓尺寸与实际接头轮廓相近,TIG电弧辅助激光焊接时焊缝中心温度、焊后Von Mises应力低于TIG焊接的。与TIG焊相比,TIG电弧辅助激光焊的焊缝中心及热影响区的显微组织更小,抗拉强度、伸长率基本持平,屈服强度更高。在获得良好焊缝成形的条件下,采用TIG电弧在前的电弧辅助激光焊方法可以获得较高的焊缝质量。

激光螺旋点焊和电阻点焊DC06镀锌钢接头组织和性能

对比研究了激光螺旋点焊和电阻点焊工艺对DC06镀锌钢接头成形、微观组织和力学性能(显微硬度和剪切性能)的影响规律.结果表明,两种工艺均能获得成形良好的焊接接头,激光螺旋焊接头微观组织主要为铁素体(F)和少量渗碳体(Fe3C);电阻点焊接头微观组织主要为贝氏体(B)和铁素体(F).由于内外散热不均匀,激光螺旋点焊熔核区中心形成不同硬度的等轴晶,周围为具有明显取向的柱状晶,硬度值为130~160 HV10;电阻点焊熔核区冷速相近,无明显硬度梯度,硬度在190 HV10左右.激光螺旋点焊拉剪承载载荷为10.14 kN,比电阻点焊的8.82 kN提升了13.02%.接头失效形式分析发现:激光螺旋点焊和电阻点焊的失效形式分别为撕出型和拔出型,激光螺旋点焊由于热影响区组织塑性较好,接头受到拉剪作用时更易产生大角度转动而吸收更多的能量,具有更好的力学表现.最后,还对搭接间隙和锌镀层对激光螺旋点焊接头力学性能的影响进行讨论.

铺粉厚度对选区激光熔化GH3625组织与力学性能的影响

在不同铺粉厚度下使用相同的激光工艺参数制备GH3625合金,并对选区激光熔化GH3625的组织与力学性能的进行了分析.结果表明,在较大的工艺窗口内,铺粉厚度由0.02mm增加至0.03mm不会影响打印质量,并且在优化的工艺参数窗口下均能制备得到致密度99.9%以上的块体.铺粉厚度的增加会导致熔池形态发生改变,也会明显改变晶粒形态.当铺粉厚度为0.02mm时,晶粒多为细长形,平均晶粒尺寸约为18.128μm,晶粒有明显的择优取向.此时,相邻的熔池形态差别较大,呈现一道次较深较宽,另一道次较浅较窄的现象.而铺粉厚度增加至0.03mm后温度梯度差异减少,相邻熔池形态差别较小,组织中细长形晶粒减少,平均晶粒尺寸降低至11.921μm,晶粒的择优取向也相应减弱.由于晶粒形态的改变,在垂直方向上,铺粉厚度为0.03 mm的样品的屈服强度相比于铺粉厚度为0.02mm的屈服强度提高了5%,有效抑制了打印态样品的各向异性程度.创新点:(1)在优化的工艺窗口内,工艺参数不变,铺粉厚度的改变同样能够制备出成形良好且致密的样品.(2)增加铺粉厚度减弱了晶粒的择优取向,并相应的减少打印态样品力学性能的各向异性程度.

激光熔覆高强韧铁基合金涂层的组织及其轴承滚道服役性能

采用激光熔覆技术在42Cr Mo钢表面制备出厚度超过3 mm的含硼高强韧铁基合金涂层(S1涂层),研究了该涂层的显微组织及其轴承滚道服役性能,并与商用高硬度M2涂层进行了对比。结果表明:S1涂层与基体之间结合良好,组织由马氏体基体相和岛状共晶强化相M3C型碳化物组成;S1涂层的平均硬度约为883 HV,是M2涂层的1.1倍。在许用接触应力试验中,S1涂层表面的压痕深度均小于滚动元件直径的10^(-4),表现出稳定且优异的抗塑性变形能力;S1涂层轴承心部的理论最大剪切应力为377.38 MPa,低于M2涂层轴承心部(392.03 MPa),远低于轴承材料的剪切屈服应力(459 MPa),表现出较好的静载荷承载能力。S1涂层的滚动接触疲劳寿命为2.66×10^(7)周次,是M2涂层的2倍。

铝硅镀层热成形钢拼焊板箔材填充激光焊的组织与性能研究

铝硅镀层热成形钢是一种重要的汽车用先进高强钢,但在拼焊板制造过程中受到铝硅镀层的影响,焊接接头的性能远低于母材.文中选择了3种相同厚度不同箔材作为铝硅镀层热成形钢激光焊的填充材料,并经热成形工艺处理.通过比较焊接接头的微观组织、硬度分布、拉伸力学性能和断口形貌,阐明不同箔材填充激光焊的影响作用.结果表明,Ni箔和Cu箔都促进了焊缝板条马氏体比例的增加和δ铁素体比例的减少,但Cu箔填充接头的断口呈沿晶断裂,塑性远低于Ni箔,与Ni固溶增强增韧Fe基体有关.Fe箔在一定程度上产生稀释的作用,也提高了焊缝板条马氏体含量.

基于机器学习的铝合金脉冲激光焊接工艺及质量预测研究

铝合金脉冲激光焊接能够精准调节激光能量输入,广泛应用于动力电池与新能源汽车等精密加工领域。然而,铝合金自身高导热率和高反射率等固有属性,以及与高能量激光剧烈的相互耦合作用,对工艺参数优化和焊接质量控制带来挑战。以2 mm厚1060铝合金作为研究对象,主要分析了不同脉冲激光工艺参数(峰值功率、脉冲频率和焊接速度)对焊缝成形的影响规律;以工艺参数为多维输入变量,进一步构建了基于BP神经网络的熔池尺寸预测模型。结果表明:不同工艺参数均对焊缝熔深和熔宽有直接影响,需要确定一个合适的工艺窗口;同时构建模型的平均预测误差在10%以内,具有较高的预测精度。为铝合金脉冲激光焊接质量预测及工艺优化提供了可靠的实验和指导依据。

面向微流体器件封装的硅-蓝宝石异质结构超快激光微连接及接头性能

微纳传感器件中异质材料的互连将决定器件封装的质量,进而影响器件的性能.针对硅与蓝宝石晶圆级异质互连,缺少操作简洁、绿色环保、适于大规模应用的连接技术,采用超快激光穿透连接技术,通过调整硅-蓝宝石晶圆间隙并控制能量输入,对硅与蓝宝石的连接可行性进行了探究.结果表明,在晶圆间隙小于1μm、激光功率7.5 W试验条件下,异质接头处蓝宝石与硅发生相互融合,形成3μm尺寸范围的互锁结构;同时硬脆材料异质接头处易产生的孔隙裂纹等缺陷也得到了有效抑制,通过剪切试验测得接头强度达到2.9 MPa.超快激光硅-蓝宝石异质结构的有效微连接,为大差异性硬脆材料的异质互连提供了研究基础,并在微流体器件封装中得到潜在应用.

环形光束激光焊接Al-Si镀层22MnB5钢的组织与性能研究

使用可调环形光斑光纤激光焊接工艺,对铝硅镀层22MnB5钢进行激光拼焊,研究了中心激光束和环形激光束不同功率配比对焊缝宏观形貌、显微组织和力学性能的影响。结果表明,中心激光束和环形激光束的配比对焊缝熔宽的影响较小,当两者配比为1∶1时,焊缝表面的塌陷量最小。随着环形激光束功率的增大,焊缝中心区域的硬度值先增大后减小,当中心激光束和环形激光束的激光功率均为1500 W时,取得最大值为448.5 HV。当中心激光束功率为2000 W、环形激光束功率为0 W时,硬度值最小,为310.2 HV。在环形光斑激光作用区域,熔合线边缘会产生条带状铁素体,拉伸形变过程中裂纹在铁素体处萌生扩展,是焊接接头失效的主要原因。当中心激光束和环形激光束功率均为1500 W时,接头抗拉强度和延伸率最高,接头断裂在焊缝熔合线附近;当中心激光束功率小于环形激光束功率时,焊缝裂纹从焊缝上边缘熔合线开始萌生;当中心激光束功率大于等于环形激光束功率时,裂纹由下边缘熔合线处萌生。

基于空间分辨法分析时间低相干光自聚焦效应

时间低相干光由于其瞬时宽带的物理特性,在激光惯性约束聚变中得到了广泛的关注.然而其复杂的时间尖峰结构或将诱导非线性自聚焦效应的放大.同时,传统的非线性自聚焦特征数值的测试方法中,多数材料的表面损伤先于体内自聚焦成丝损伤发生,这为对比不同激光的非线性效应带来巨大影响.本文利用短焦距透镜对熔石英进行紧聚焦,通过调节入射激光能量,在避免前表面损伤的前提下,诱导熔石英产生自聚焦成丝损伤.随后通过理论计算对光束在样品体内传输过程的光斑变化进行空间分辨处理,并得到对应细分位置的非线性数值.最终将各个位置对应的非线性相位变化值进行积分,得到前表面无损条件下材料的非线性自聚焦特征数值.测试结果表明时间低相干光的非线性自聚焦效应比传统单模脉冲激光更强.本文不仅设计了一套更加精确的对比不同激光非线性效应的测试方法,同时也探明了时间相干性对于非线性自聚焦效应的影响机制,为高功率时间低相干激光器的设计提供理论依据和参考.

利用"神光-Ⅱ"激光装置多路光束叠加直接驱动下的冲击波平面性及稳定性

利用"神光 Ⅱ"的3路基频光输出及小透镜列阵束匀滑技术,通过优化设计和合理地选择光路组合,实现了多路叠加斜入射的驱动激光,在靶材料中产生一个650～750μm范围内平面性良好的冲击波,有效地提高了"神光 Ⅱ"输出光束的利用率。同时,利用斜面靶进行的冲击稳定性实验表明,在靶面功率密度分别为3.26×1014及2.56×1014W/cm2时,冲击波至少在28.38～55.82和22.13～35.07μm的Al样品厚度内是稳定传播的。

等离子电弧双丝增材制造Ti-48Al合金组织特征

采用等离子电弧双丝增材制造技术成功制备了Ti-48Al合金(at.%),并对其沉积态和热处理后的组织特征进行了系统地研究.结果表明,沉积态Ti-48Al合金主要由α2相和γ相组成,沿着沉积方向,沉积态组织呈现由树枝晶区和片层晶团区交替分布的不均匀性特征,并且在树枝晶区存在严重的枝晶间Al元素偏析现象.在1 340℃/10 h/炉冷热处理后,不均匀的沉积态组织转变为晶粒尺寸细小的双态组织,Ti-48Al合金的微观组织的不均匀性获得明显改善,并且α2相含量显著增加,组织的择优取向减弱.

激光熔覆WC颗粒增强Ni基合金涂层的组织与性能

利用15 kW横流连续输出CO2激光器在CCS?B钢板上熔覆WC颗粒增强Ni基合金涂层,研究了不同WC颗粒含量下熔覆层组织形态和显微硬度的变化规律。结果表明,在激光熔覆Ni基合金与WC颗粒混合粉末的过程中,WC颗粒发生溶解并与周围元素相互作用形成低熔点共晶,析出后分别以树枝状、块状与粒状等形态存在;随着WC含量增加,熔覆层上部区域γ?Ni枝晶先粗化后变细,熔覆层下部区域枝晶组织持续增多且粗化。随WC含量增加,熔覆层平均硬度增加,WC质量分数为0%时,熔覆层平均硬度约为基体的3倍,当WC质量分数增加到30%时,熔覆层平均硬度可达到基体硬度的4倍。

激光驱动冲击波在铝-金阻抗匹配靶中的传播稳定性

针对神光Ⅱ第九路激光条件,利用1维JB程序和多台阶靶技术对冲击波在铝-金阻抗匹配靶中的传播稳定性进行了理论和实验研究,实验结果与理论结果基本吻合。结果表明,激光驱动冲击波在铝-金阻抗匹配靶中传播时,高阻抗待测材料金中的冲击波稳定传播最大距离急剧减小。因此,在进行铝-金阻抗匹配靶物理参数设计时,应保证高阻抗材料金台阶厚度满足冲击波传播稳定性,然后再按照阻抗匹配实验中两种材料的冲击波速度比来确定低阻抗标准材料铝的台阶厚度。根据神光Ⅱ第九路激光条件,铝-金阻抗匹配靶中铝基底厚度选取为30μm左右较好,金台阶和铝台阶厚度应分别小于10μm和17μm。