Modeling and Experimental Investigation of Laser Drilling with Jet Electrochemical Machining

As two kinds of defects, recast layers and spatters, commonly accompanied by laser-drilled holes always prevent the laser drilling technique from extending its applications in aerospace and aircraft industries, therefore, a novel hybrid process incorporating laser drilling with jet electrochemical machining (JECM-LD) has been developed to solve these problems as well as improve the overall quality of laser-drilled holes. It is executed by directing an electrolyte jet coaxially aligned with a laser beam onto the workpiece surface. During the process, the electrolyte jet produces electrochemical reaction with the surface material, effective cooling of it and carries away the process scraps. A two-dimensional mathematical model is proposed to describe the shape of the holes machined by JECM-LD. The model is verified through comparison between the results from simulation and those from experiments conducted on the test pieces made of 321 stainless steel 0.5 mm thick processed by the pulsed Nd:YAG laser at second harmonic wavelength. An examination of the experimental results under an optical microscope discovers that, by contrast with the laser drilling in air, the JECM-LD has effectively removed the recast layers and spatters, but its efficiency dropped by about 30%.     

大型飞机机身调姿与对接试验系统

为实现飞机大部件装配过程的数字化、自动化和柔性化,研制了大型飞机机身调姿与对接试验系统.阐述了该系统的工作原理,通过激光跟踪仪测量试验机身上的检测点,集成管理系统计算试验机身的位姿,控制系统驱动多个三坐标数控定位器协同运动,实现试验机身的调姿与对接.建立了位姿调整机构的运动学模型,针对构建的硬件平台完成了包括集成管理系...     

GH3044高温合金激光熔覆焊接工艺研究

为解决航空发动机高导内机匣裂纹修复问题,采用RRW3040型激光熔覆设备对1.5mm厚的高温合金GH3044进行有间隙对接焊接,对焊接坡口间隙、激光功率、焊接速度三因素进行正交试验,得到的最佳工艺参数为间隙0.5mm、功率600W、焊接速度0.011m/s.对焊接接头进行拉伸强度测试、硬度检测、金相检查、抗弯曲测试.测...     

直升机载激光指示器发射末制导炮弹射击效能分析

激光末制导炮弹武器系统是炮兵装备的一种精确制导武器，使用时，通常将激光指示器配置在陆地或舰船上。为了更好地发挥该武器系统的作战效能，需要将激光指示器配置在直升机上，这样就可以对反斜面或陆地无法观察到的目标进行射击。本文根据对直升机振动谱峰随机性的分析结果及末制导炮弹的射击特点，近似认为直升机振动导致的射击误差服从正态分布，确定了直升机机动导致的射击误差属于系统误差，建立了评定直升机载激光指示器保障条件下射击效能的数学模型，并对各种影响射击效能的因素作了分析。     

激光冲击成形TA2钛合金板的变形与残余应力

利用脉冲能量为10~50 J、脉宽为22 ns的高功率N d∶G lass激光器,对TA 2钛合金板进行单次激光冲击成形实验研究,探讨了工件支撑座内径、90°顶角凸模的顶部圆弧半径等条件对钛合金板成形的影响。研究表明,当板材底部无约束支撑时,板材的最大变形量随支撑座口径的增大而减小,且板材凹凸面的表面残余应力都是压应力;当采用凸模冲击成形时,板材的最大变形量随凸模圆弧半径的增大而减小,但表面残余应力变化趋势不明确,有时为压应力,有时为拉应力。     

铝合金活塞CO2激光焊接中功率密度的影响

使用3 kW横流CO2气体激光器焊接某型汽车空调压缩机用铝合金活塞,研究了激光功率密度对铝合金活塞焊接质量包括焊缝形状、焊缝中气孔数量、气孔尺寸大小、焊缝抗拉强度、焊缝成分及焊缝显微硬度的影响。研究结果表明,由于铝合金对CO2激光的反射非常强烈,低功率的CO2激光只能对铝合金进行热传导焊接,焊接深度不能满足铝合金活塞的要求,应当尽量提高激光器的输出功率,才能实现铝合金的深熔焊。在用现有3 kW横流CO2激光器对铝合金活塞的激光焊接中,高功率焊接改善了铝合金活塞的焊接质量。     

Ni含量及超声振动对激光熔覆中裂纹的影响

增加熔覆粉末中N i含量可以减少熔覆层中的硬质相,使熔覆层脆性降低,韧性提高,因而提高熔覆层在冷却过程中对拉应力的承受能力,减少熔覆层裂纹;而在熔覆过程中施加超声振动,则可以打碎枝晶,细化晶粒,减少或消除拉应力产生的根源,并使熔池化学成分、温度分布趋于均匀,从而减少裂纹的产生几率。     

激光热应力板料成形角变形分析

为了精确预测板料直线扫描时的角变形,本文采用简化约束模型分析了板料的变形历史和应变产生机制,在加热区域内将激光热应力变形过程分为3种不同的情况:(1)板料上下表面仅产生弹性变形;(2)板料上表面产生弹性变形和塑性变形,下表面仅产生弹性变形;(3)板料上下表面均产生弹性变形和塑性变形。通过对热变形第一种情况进行分析,提出了最小移动能量密度的概念,并推导出了板料产生热变形所需要的最小移动能量;针对热变形第二和第三种情况分别建立角变形解析模型,试验结果验证了该模型具有较高的精度。     

小型化TDLAS发动机测温系统的研究及进展

在吸气式发动机研究中,需要监测其进气道气流流场分布、燃烧室温度分布和燃烧产物浓度来验证燃烧室内的燃烧理论模型并最终改进发动机设计;同时,这些参数的实时获取还可以用来控制发动机工作状态以实现燃烧效率优化。TDLAS(可调谐半导体激光吸收光谱)技术具有结构紧凑、响应快速、灵敏度高和非入侵式测量等优点,在高温、高速和剧烈振动等恶劣工作环境下可实现随机飞行的发动机测量,因此被国外多家研究机构采用。调研了高超声速燃烧发动机研究项目 HIFiRE及其在传感器小型化方面所采用的技术手段,介绍已有的小型化设计思路和取得的进展。已集成的小型化系统体积为30×15×10cm3,重量<5kg,功耗<10W。经验证,该系统可在发动机地面试验条件下稳定工作,给未来随发动机飞行的小型化测温系统设计提供了参考。     

金属构件选区激光熔化增材制造控形与控性的跨尺度物理学机制

激光增材制造逐点、逐线、逐域的局部成形特性,要求对金属构件激光增材制造过程进行微观—介观—宏观跨尺度的控形与控性,以实现对球化、孔隙、变形及裂纹等典型冶金缺陷的有效调控。本文针对难加工铝合金构件选区激光熔化精密增材制造,在介观尺度揭示了金属粉末激光熔化/凝固的热力学行为及球化效应形成与抑制机理,在微观尺度明晰了金属激光熔池内部熔体表面张力对气泡运动及熔体致密化的作用机制,在宏观尺度提出了金属构件选区激光熔化的热作用机制及构件内应力形成和变形行为。本文为高性能复杂金属构件激光增材制造的控形与控性提供了物理学基础及关键工艺调控方法。