飞秒激光带热障涂层叶片气膜孔加工技术研究进展

航空发动机涡轮叶片采用热障涂层技术和气膜孔冷却技术可以大大提升叶片的耐温能力,因此可以显著提高发动机的工作温度使其具有更高的推重比和效率。而在带有热障涂层叶片上实现高品质和高精度冷却气膜孔的加工是发动机制造技术的难点。由于飞秒激光加工具有材料无选择性、无热影响区及加工精度高等特点,因此飞秒激光成为加工带热障涂层叶片气膜孔的研究热点。阐述了飞秒激光与叶片涂层和基体材料的作用原理和飞秒激光微孔加工的技术特点,介绍了飞秒激光带热障涂层叶片气膜孔加工技术的研究过程和发展现状,展望了该技术在高精度带热障涂层叶片气膜孔制造中的应用前景。     

飞秒激光能量密度对镍基合金重铸层和加工效率的影响

以航空发动机叶片制孔为导向,结合飞秒激光对单晶镍基高温合金材料的非热熔性损伤阈值(Φth1)和热熔性损伤阈值(Φth2)特征,研究了飞秒激光能量密度(0Φ44.2J/cm2)对制孔重铸层和加工效率的影响规律。研究结果表明:在Φth1ΦΦth2时,镍基合金经飞秒激光加工后加工侧壁没有出现明显的重铸物;在ΦΦth2时,加工侧壁开始出现重铸物,并随着能量密度的增加,重铸层厚度增大。在试验结果的基础上,建立了飞秒激光单脉冲加工深度与能量密度的定量关系。能量密度越高,飞秒激光单脉冲加工深度越大,加工效率越高。     

聚焦透镜和加工环境对飞秒激光加工镍基合金的影响

针对飞秒激光加工镍基合金材料,研究了4种数值孔径的聚焦透镜和3种加工环境(空气、真空和氩气)对飞秒激光加工效率和重铸层的影响。实验结果表明:聚焦透镜数值孔径越大,聚焦后激光能量密度越大,加工效率越高,而焦深越小,可加工材料厚度越小。在空气、真空和氩气3种加工环境下,镍基合金飞秒激光加工的重铸层厚度随着脉冲个数的变化规律相似,在相同脉冲个数下,3种加工环境中加工深度差距不大。     

蓝宝石晶片飞秒激光辅助集群磁流变抛光试验研究

为了实现蓝宝石衬底材料高效高品质超光滑平坦化加工的目的,提出一种先利用飞秒激光对蓝宝石晶片表面材料进行预处理改性后再集群磁流变抛光新工艺,并且研究了飞秒激光扫描速度和集群磁流变抛光时间对激光预处理蓝宝石晶片表面抛光材料去除率和表面粗糙度的影响规律,同时借助X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)分析了蓝宝石表面...     

德研制成功400瓦飞秒激光器

德国弗劳恩霍夫激光技术研究所成功研制出400W功率的飞秒激光器，有望在超高精度材料加工上得到工业化应用。 在医疗技术、微电子、航空航天和太阳能技术领域，高精度薄膜材料剪切、纤维增强材料打眼或陶瓷部件表面构造都需要使用飞秒激光器。     

喷射液束电解辅助激光打孔的模拟和试验研究(英文)

再铸层和溅射物是激光打孔固有的两个缺陷,这些缺陷限制了激光打孔技术在航空工业中的应用。为解决这一问题,创新提出了喷射液束电解辅助激光打孔方法用以改善激光打孔质量。该加工方法是在激光加工中同轴施加喷射电液束,喷射电液束在加工中对工件的电化学溶解作用、有效的冷却作用以及冲刷金属熔滴作用都有助于去除再铸层和溅射物。针对这一新型加工方法,建立了二维数学模型模拟加工孔的截面轮廓并通过模拟结果与试验结果的比较得到验证。利用倍频后的脉冲Nd:YAG激光对0.5mm厚的321不锈钢片进行了喷射液束电解辅助激光打孔试验研究,并通过光学显微镜观测了加工试验结果。通过对喷射液束电解辅助激光打孔结果与空气中激光打孔的对比,证实了该新型加工方法有效去除了再铸层和溅射物,其加工效率约为空气中激光打孔的70%。     

中航工业计量所成功研制光纤飞秒激光器

正近日,中航工业北京长城计量测试技术研究所(简称中航工业计量所)重点实验室飞秒激光课题组成功研制1.03μm掺镱光纤飞秒激光器和1.55μm掺铒光纤飞秒激光器。这标志着中航工业计量所在腔内色散补偿光纤激光技术方面达到了国内领先水平,也为实现小型化便携式的飞秒激光频率梳奠定了良好的开端基础。光纤飞秒激光器以其小型化、便携化、风冷却、低成本和     

中航工业成功研制光纤飞秒激光器 技术国内领先

<正>近日,中航工业飞秒激光课题组成功研制1.03μm掺镱光纤飞秒激光器和1.55μm掺铒光纤飞秒激光器。这标志着计量所在腔内色散补偿光纤激光技术方面达到了国内领先水平,也为实现小型化便携式的飞秒激光频率梳奠定了良好的开端基础。以光纤飞秒激光频率梳为核心的精密光谱源标准装置的建立,不仅为我国国防、军事等领域广泛应用的红外激光源提供精密的校准测试服务,而且为将来便携式激光跟踪仪、小型化激光雷达等高新武器提供更精密的激光源。此外,光纤激光频率梳的研究还可改进     

纤维增强树脂基复合材料激光切割热影响探析

作为一类典型难加工材料，实现以碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP）、芳纶纤维增强树脂基复合材料(AFRP）为代表的纤维增强树脂基复合材料(FRP）的高精密、高质量加工是业界的追求目标。初探了激光脉冲宽度、波长对于典型FRP切割边缘热影响区的影响规律，比较了不同FRP材料精密切割对于激光参数需求的异同。发现纳秒激光、连续激光等传统激光因加工热效应明显而不适合精密切割，而皮秒激光、飞秒激光等超快激光可以实现热影响区宽度仅0.01mm~0.1mm量级的高质量切割，且热影响区宽度几乎不依赖于脉冲宽度；缩短超快激光波长有利于减小AFRP材料的热影响区宽度，但对于CFRP材料则不明显。考虑到高功率皮秒激光一般比对应的飞秒激光更经济，可使用倍频后得到的短波长皮秒激光实现对AFRP的精密切割，对于CFRP则考虑本征波长的皮秒激光即可。     

飞秒脉冲激光诱导TC4微结构表面抑冰特性实验

飞机发动机进气道前缘唇口积冰将会严重威胁航空安全,仿生研究表明具有微纳结构的疏水表面可以起到良好的抑冰效果。针对飞机唇口材料TC4,采用飞秒脉冲激光诱导制备TC4微结构表面,利用三维形貌仪和扫描电镜对TC4合金表面三维形貌和微纳结构进行观测,应用接触角测量仪分析表面浸润改性,依托结冰特性实验系统测试微结构表面抑冰抑霜性能,并分析飞秒脉冲激光加工工艺参数对表面微观结构和抑霜特性的影响机制。研究结果表明：随着激光扫描速度的增大,TC4合金表面形成的拱形沟壑深度增加,沟壑上方出现干涉条纹以及圆形凸起且微纳凸起的尺寸随扫描速度的增大而增大,接触角先减小后增大再减小;加工后表面液滴冻结时间比未加工表面延迟30 s;扫描速度2 000 mm/s时的液滴冻结时间最长,霜层质量最小,高度最低。飞秒激光加工TC4合金表面形成的微纳结构以及表面吸附的有机物能够改变表面接触角;粗糙度和表面形貌能够影响表面结冰时间和结霜量。     

航空制导武器上的光学微结构

光学微结构衍射面具有独特的色散特性和高设计自由度,利用光学微结构可以设计轻巧的衍折混合光学系统。光学微结构构成的普通衍射、谐衍射及多层衍射具有不一样的衍射效率特性。金刚石车床是加工红外光学微结构的理想手段,而曲面激光光刻是加工可见、紫外波段光学微结构的新方法。     

飞秒激光气膜孔对面壁无损伤制孔工艺研究

针对飞秒激光涡轮叶片气膜孔加工过程中对面壁损伤问题,提出采用叶片腔体内材料填充的方式来避免加工过程中对面壁损伤的产生。首先对填充材料进行选择,并对填充后试样及叶片微孔对面壁无损伤制孔工艺进行研究,通过检测结果可以发现腔体内刚玉的填充可以实现样件对面壁的保护,并且对微孔加工质量无影响。     

激光微孔加工技术及应用

随着高端、精密装备的飞速发展,人们对高质量、大深径比微孔的需求越来越紧迫.基于此,介绍了飞秒激光与水导激光两种加工微孔的技术,首先探讨了两种微孔加工技术的原理并且回顾了两种微孔加工技术的研究现状;然后着重讨论了激光工艺参数、打孔方式、加工环境(真空、气体、液体、化学环境)、激光与水束光纤耦合对于高质量微孔加工的影响;最后总结了两种微孔加工技术在航空航天领域的应用以及当前面临的问题.     

激光加热辅助切削加工技术研究进展

综述近年来激光加热辅助切削加工技术的研究进展。在实验研究方面,总结了激光加热辅助车削、铣削、钻削、磨削等不同工艺过程的加工特点,阐述了激光参数和切削参数对加工质量的影响。研究表明:在一定范围内,适当提高激光功率、降低切削速率、减小进给量有利于切削区材料的充分软化,可改善工件材料的切削加工性,提高加工效率和加工质量。目前,激光加热辅助切削加工仿真研究主要集中在切削温度场与切削过程仿真。通过建立温度场模型,可预测材料去除最优温度范围,优化加工工艺参数。切削过程仿真探讨应力、应变、温度等物理量的影响,为实际加工中控制零件表面质量提供了依据。后续工作应进一步加强在加工机理、加工工艺、仿真优化等方面的研究,建立完善的激光加热辅助切削加工数据库,以促进该技术的工业应用。     

大深径比微孔加工技术及其发展

大深径比微孔加工在航空和汽车领域有广泛需求,如航空发动机涡轮叶片气膜孔、火焰筒气膜孔、航空喷油嘴微孔以及汽车喷油嘴微孔均需要大深径比微孔加工。目前,大深径比微孔加工方法主要有电火花、电液束、水导激光和飞秒激光4种加工技术。介绍了4种加工技术原理和研究现状,对比分析了各自的特点及其应用,最后对大深径比微孔加工技术的发展趋势进行了展望。     

激光加热辅助车削高温合金薄壁件变形仿真及试验研究

机匣件作为航空发动机的重要零部件,是一种典型的薄壁件,其尺寸大、壁薄以及刚性低等特点使得在加工过程中容易发生工件变形、刀具震颤,造成加工精度不达标,以及加工表面质量差等问题。本文建立高温合金常规车削与激光加热辅助车削模型,并通过试验验证了模型的准确性。模型最大误差为10.1%,最小误差为5.5%,平均误差为7.8%,处于可接受范围。然后建立常规车削与激光加热辅助车削薄壁件模型,研究激光加热辅助车削对薄壁件变形的影响。研究结果表明,与常规车削相比,当激光照射温度达到650℃以上时,激光加热辅助车削切削力分别下降了20.2%、19.8%和15.2%。激光加热辅助车削能够降低车削薄壁件过程中的加工变形。与常规车削相比,激光加热辅助车削薄壁件时,加工变形量分别降低了15.6%、12.7%和13.3%。     

整体壁板激光辅助预应力成形

整体壁板成形是大飞机制造的关键难题之一。本文探索了激光辅助预应力成形方法应用于整体壁板这一类筋条加强结构工件的可行性。该方法的原理是：首先对整体壁板施加弹性载荷,然后用激光束扫描并加热其弹性变形能集中区域,通过降低该区域材料的屈服极限促使弹性变形能转化为塑性功,实现整体壁板的塑性成形。对网格筋条加强结构试件进行了激光辅助预应力成形试验和有限元分析以及时效成形试验,验证了激光辅助预应力成形方法的可行性,并讨论了激光扫描道次与工件成形效率的关系。     

微纳复合织构自润滑陶瓷刀具的制备及切削性能

金属干切削过程中,由于前后刀面与切屑和工件之间存在的剧烈的摩擦,切削温度极高,刀具的磨损十分严重,导致刀具寿命降低[1],为解决这一问题国内外学者不断寻求幕发新型刀具材料,优化刀具结构,研究新型刀具[2-4]. 近年来,摩擦学与仿生学研究领域提出表面织构能够有效地减小摩擦,降低摩擦系数[5-8],将这种技术应用于切削加工刀具将是一种富有前景的研究领域.目前国内外学者将表面织构应用于刀具研究尚处在起步阶段.日本学者Kawasegi[9]等利用飞秒激光在WC-Co硬质合金刀具前刀面加工了微纳米沟槽织构,在干切削和最小微量润滑(MQL)条件下切削铝合金试验,结果表明微纳织构能有效地降低切削力.     

激光辅助高速车削镍基合金GH4169表面质量研究

通过激光加热辅助车削镍基合金GH4169实验,研究激光功率、切削参数等对加工表面质量和切削过程中刀具磨损的影响。实验结果显示:与普通车削相比,激光辅助切削能够改善刀具后刀面磨损情况。激光辅助车削条件下,车削表面粗糙度优于普通切削,并在切削速度为166 m/min时获得最佳值0.467μm。在常规车削和激光辅助车削条件下,车削表面在进给方向上的残余应力均为拉应力,并且激光辅助车削表面产生的残余拉应力都高于常规车削,伴随着激光功率的增加,表面残余应力也逐渐增大。     

基于飞秒光学频率梳的双通道光频测量设计

基于差频技术的单块飞秒光学频率梳被广泛应用于光频的精密测量领域。通过将飞秒激光的重复频率和载波包络相移同时锁定至原子钟上,可以将飞秒光学频率梳的稳定状态延长至9 h。文中提出了一种基于飞秒光学频率梳的双通道光频测量设计,并且针对两种待测光频的不同情况,给出了不同的测量方法。这种设计对将来实现高效率的光频测量具有重要意义。