纤维增强复合材料激光加工研究进展

对纤维增强复合材料（FRP）激光加工国内外的研究现状进行了梳理。从激光加工中材料的去除过程、去除机理以及热吸收特性等方面综述了FRP激光加工机理;从激光加工热影响区对材料性能影响、影响热影响区因素、热影响区预测等方面梳理了FRP热影响区的研究现状;概述了FRP激光辅助加工技术的研究进展。大量研究表明,由于FRP的各向异性,FRP激光加工与均质材料的激光加工存在显著差异。目前,FRP激光加工的热影响区能有效的降至几微米,显著降低了热影响区对构件性能的影响。为最大限度的融合激光加工的优势,FRP激光复合加工技术在FRP加工领域的应用逐渐受到关注,成为FRP加工技术提升的一个重要发展方向。     

浅述几种典型激光加工技术在航空制造领域的应用现状

由于极端、复杂的工作环境,航空工业对材料的加工质量和精度都有十分严苛的要求。相比传统制造技术,激光加工具有热影响区小、加工效率高、易于自动化控制等特点,因此在航空领域具有广阔的应用前景。结合航空工业的特点,综述激光熔覆、打孔、清洗和功能微结构等几种典型激光加工制造技术的应用现状。在阐明加工机理的基础上,重点分析激光加工技术如何增强表面性能和提高加工质量,并对未来航空领域激光加工的发展方向进行总结和展望。     

激光加工

正激光加工以"光能源"和"光工具"作为新加工手段,可对多种金属、非金属,特别是高硬度、高脆性及高熔点的材料进行加工,极大地提升了航空制造技术水平。当前,激光焊接、激光切割、激光制孔、激光成形以及激光表面处理等技术已广泛应用,而新型激光器及激光装备将进一步     

纤维复合材料激光加工进展及航天应用展望

纤维增强复合材料(FRPs)因其优异的力、热、电磁、化学等性质被广泛应用于航天、航空等领域。作为一种各向异性、非均质的难加工材料,纤维复合材料的传统加工方式存在精度、损伤及效率等问题,为其激光加工技术的快速发展提供了机遇。综述了激光加工技术在实验研究、理论与仿真等基础研究方面的进展,分析研究热点和发展趋势,指出纤维复合材料超快激光加工存在的问题及挑战;报告了纤维复合材料在激光切割与制孔、激光铣削、激光表面处理和连接技术、激光辅助成形等方面的研究及应用进展;针对航天器(特别是空间飞行器)先进制造应用,提出了纤维复合材料产品激光宏观加工和激光微细制造技术的潜在应用方向,展望了实现应用所需发展的工艺装备,以期为后续该类材料产品的激光加工应用提供参考。     

编-读-往-来

正激光加工技术在20世纪激光问世不久就受到人们的重视,经过几十年的发展至今已成为先进制造技术的重要组成部分。激光加工属于无接触加工,并且高能量激光束的能量及移动速度均可调,可以实现多种加工目的。激光加工技术具有高效率、高灵活性、高精度、无机械变形、工件热变形小等普通加工技术所不能比拟的优势,从航空电子元器件到大型     

二次法激光加工小孔技术

为了提高激光加工航空发动机气膜冷却孔质量,介绍了一种采用焦耳级脉冲能量毫秒激光在镍基高温合金上快速加工初始通孔,再采用毫焦耳级脉冲能量纳秒激光扩孔的二次加工小孔方法。通过该方法试图消除毫秒激光加工小孔产生的再铸层以及解决纳秒激光直接加工几乎无再铸层小孔效率低、深度有限的问题,从而实现更高效率加工高质量气膜冷却孔。试验研究结果表明,该方法可以有效去除毫秒激光加工小孔孔壁的再铸层,改善孔壁表面质量,与纳秒激光直接加工小孔比较,在加工1 mm左右深的小孔时可以提高加工效率,但加工2 mm以上深度的小孔时,对提高加工效率的作用不明显。基于试验结果及分析,对二次法加工小孔提出了改进措施。     

钛合金激光砂带加工的离焦控制与表面形貌

钛合金由于优越的热机械特性（耐高温和耐腐蚀）而被广泛应用于航空航天、核电领域，但独特的低导热系数、高强度和加工硬化性能导致其加工困难，表面完整性难以保持。激光辅助加工方法可以有效地提高难切削材料的切削性能，提高其表面完整性。提出一种激光加工与砂带磨削融合的特种加工方法（激光砂带加工方法）,建立了激光砂带加工的焦点控制运动模型，通过对焦点的控制实现利用激光加热特性和砂带磨削柔性特性快速去除材料，在自行搭建的激光砂带加工实验平台进行了加工实验，对不同离焦量下激光砂带加工的钛合金样品的表面三维形貌、微观结构进行了分析和比较。结果表明，激光砂带加工过程中离焦量的大小极大程度影响了激光的能量分布，导致激光砂带加工机理发生变化，离焦量的减少导致表面算术平均偏差S_a先从8.07μm减少到7.40μm然后增加到22.1μm,材料的气化和熔化去除现象更加明显。最后证明了激光砂带加工方法可以改善钛合金的加工性能，提升表面的耐磨损性能，具有广阔的应用前景。     

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。     

喷射液束电解-激光复合加工工艺试验研究

喷射液束电解 激光复合加工是一项新探索的加工技术,其特点是既发挥激光加工的高效率,又借助喷射电液束的冷却、冲刷、电解作用而实现在线去除再铸层。基于该加工原理的分析,在对激光电解液中衰减特性研究的基础上,研制了试验系统并对不锈钢片进行了打孔工艺试验。试验结果表明,应用液压1.5 MPa、浓度18%的NaNO₃电解液的喷射液束电解-激光复合加工可实现再铸层减少90%以上。通过对打孔形貌的对比以及加工工艺规律的初步分析,揭示了喷射液束电解-激光复合加工以激光加工为主,电解加工辅助去除再铸层的加工原理,证实了该复合加工工艺的可行性,可望在航空航天领域得到广泛工程应用。     

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。     

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%。     

TiN薄膜微结构激光加工特性的研究

利用光纤激光加工系统研究了两个激光加工参数(扫描速度和激光功率)对TiN薄膜加工特性的影响,并采用白光干涉仪分析了两组参数对加工直线槽的槽深、堆积高度和槽底表面粗糙度的影响趋势,通过对比分析,优化了加工参数。结果表明光纤激光器在加工TiN薄膜微结构上存在着效率高、精度高的优势。     

提高激光打孔加工质量的途径

以激光加工工艺理论为基础并结合激光打孔加工生产实践,介绍了合理选择激光器并以改善激光光束为突破口,最终得到提高小孔激光加工精度和质量的方法.     

气氛对紫外激光非晶合金盲孔加工性的影响研究

为了获得不同气氛对紫外激光加工非晶合金盲孔的质量和效率的影响,采用波长355nm的纳秒激光对Zr–Cu非晶合金进行同心圆式旋切法盲孔加工试验,利用光学显微镜、扫描电镜、激光共聚焦显微镜等仪器对盲孔的显微形貌、粗糙度和加工效率进行了测试。结果表明,气氛的压力和种类影响着盲孔的底面形貌、加工质量和效率。气氛压力越小,盲孔底面粗糙度越低,材料的去除效率越高;相对于氮气、空气中的加工,氧气中表面粗糙度最小,且材料去除率最高。另外,加工表面未出现晶化现象,说明在一定激光参数下紫外纳秒激光可以实现非晶态合金的无晶化加工。     

微细小孔的超短脉冲激光加工方法研究

针对航空发动机燃油喷嘴等微细小孔的精密高效加工要求,采用双温方程研究超短脉冲(皮秒)激光加工机理,模拟得出材料内电子和晶格的温度分布,开展皮秒激光加工工艺参数研究,分析烧蚀阈值、扫描速度、激光偏振态等因素对加工质量的影响规律,进行镍基高温合金和钛合金材料的激光脉冲冲击制孔和振镜扫描环切制孔实验研究,为超短脉冲激光制孔时工艺参数的选择提供理论指导及实验依据。     

激光陀螺光学加工的特点

阐述了激光陀螺光学加工的特点。指出激光陀螺的光学加工是本着构成满足特定要求的激光谐振腔的目的,以谐振腔工作时的性能要求为依据,采用其自身特有的打孔和抛光工艺,来严格保证孔的直线度、孔与孔、孔与面之间位置度公差要求。其中涉及的大深径比细长孔加工、不规则内孔抛光、超光滑表面加工及相对已成形孔有严格位置、角度精度要求的面形抛光更是突出了激光陀螺光学加工的特色。     

FMS单元中的激光切割

激光切割本身具有优越的加工柔性，因此许多切削加工和钣金加工的柔性制造系统都采用激光切割技术。本文综合分析了激光切割中的柔性体现，然后介绍了激光切割ＣＡＤ／ＣＡＭ系统的实现过程、提高切割边缘质量的途径以及采用激光切割的柔性制造系统的材料传输方法。     

优势的专业先进的设备--访高能束流加工技术国防科技重点实验室

高能束流加工技术国防科技重点实验室是在北京航空制造工程研究所原有激光、电子束和等离子加工技术基础上建立起来的国家级重点实验室。实验室于1995年11月正式投入运行,现有固定研究人员31名,研究生12名,国内外客座教授和顾问29人。研究室研究专业涵盖了激光、电子束、等离子及离子束等高能束流加工技术的多个学科,承担了激光、电的制备技术而逐渐发展起来的,解决再铸层、微裂纹及加工效率问题一直是研究的重点。·激光焊接(激光复合热源焊接)、切割。主要研究方向为航空航天用钛、铝合金及新型材料的激光焊接技术;激光焊接接头力学行为及…     

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.     

陶瓷基复合材料不同加工工艺的表面形貌分析研究

主要对比分析了机械加工、高压水射流加工、激光加工的3种不同加工工艺对SiCf/SiC复合材料表面形貌的影响。结果显示机械加工与高压水射流加工表面孔洞和微裂纹均较多,水切割表面呈现出纤维拔出状态;空气环境中激光加工的表面平整,出现了封孔特征,孔洞和微裂纹数量少,氮气环境中激光加工的表面形貌生长了一层SiC晶粒,可起到愈合表面孔洞和微裂纹的作用。