摘要：利用激光熔敷合金粉末的方法對(duì)模具進(jìn)行了修復(fù)。研究了工藝參數(shù)對(duì)熔敷效果的影響，并對(duì)其修復(fù)過程進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，預(yù)處理、送粉量、激光的掃描速度是決定模具修復(fù)質(zhì)量的關(guān)鍵。通過優(yōu)化工藝參數(shù)、機(jī)體預(yù)熱的方法可以提高模具修復(fù)質(zhì)量。

模具使用壽命取決于抗磨損和抗機(jī)械損傷能力，一旦磨損過度或機(jī)械損傷，須經(jīng)修復(fù)才能恢復(fù)使用。目前可采用的修復(fù)技術(shù)有電鍍、電弧或火焰堆焊、熱噴涂(火焰、等離子)等。電鍍層一般很薄，不超過0.3mm，而且與基體結(jié)合差，形狀損壞部位難于修復(fù)，在堆焊、熱噴涂或噴焊時(shí)，熱量注入大，能量不集中，模具熱影響區(qū)大，易畸變甚至開裂，噴涂層稀釋率大，降低了基體和材料的性能。

利用激光熔覆的方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)模具的修復(fù)。用高功率激光束以恒定功率P與熱粉流同時(shí)入射到模具表面上，一部分入射光被反射，一部分光被吸收，瞬時(shí)被吸收的能量超過臨界值后，金屬熔化產(chǎn)生熔池，然后快速凝固形成冶金結(jié)合的覆層。激光束根據(jù)CAD二次開發(fā)的應(yīng)用程序給定的路線，來回掃描逐線逐層地修復(fù)模具。由于激光束的高能密度所產(chǎn)生的近似絕熱的快速加熱，對(duì)基體的熱影響較小，引起的畸變可以忽略，特別是經(jīng)過修復(fù)后的模具幾乎不需再加工。

1激光修復(fù)系統(tǒng)

激光修復(fù)技術(shù)是集高功率激光、計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、CAD/CAM、先進(jìn)材料、數(shù)控技術(shù)等多學(xué)科的應(yīng)用技術(shù)。修復(fù)系統(tǒng)主要由硬件設(shè)備和制造過程軟件組成。硬件設(shè)備包括激光器、數(shù)控系統(tǒng)及工作臺(tái)、送粉裝置、光路系統(tǒng)、水冷裝置、保護(hù)氣系統(tǒng)和在線控制所涉及的數(shù)據(jù)采集裝置。軟件系統(tǒng)包括制造零件成型軟件擻據(jù)通訊和在線控制軟件。激光修復(fù)過程如圖2所示。CO2激光器發(fā)出的激光經(jīng)CNC數(shù)控機(jī)床Z軸(垂直工作臺(tái))反射鏡后，進(jìn)入三維光束成形聚焦組合鏡，再進(jìn)入同軸送粉工作頭，組合鏡和工作頭都固定在機(jī)床Z軸上，由數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)一控制。載氣式送粉器將粉末均勻輸送到分粉器的同軸送粉工作頭。

模具位于CNC數(shù)控工作臺(tái)X-Y平面上，根據(jù)CNC指令，工作臺(tái)、組合鏡和送粉頭按給定的CAD程序運(yùn)動(dòng)。同時(shí)加入激光和粉末，逐層熔敷。在溫度檢測和控制系統(tǒng)作用下，使模具恢復(fù)原始尺寸。為保證熔覆材料(金屬粉末)和基體(模具)材料實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，以及模具的尺寸精度、表面光潔度和材料性能，需將φ50mm圓形多模1kW-5kW高功率激光束變換成強(qiáng)度均勻分布的圓形光束，光斑尺寸可調(diào)(光路系統(tǒng))，并配有水冷系統(tǒng)和光束頭氣體保護(hù)系統(tǒng)，同時(shí)需重點(diǎn)考慮同軸送粉裝置和現(xiàn)場控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

本文作者：余振新汪河洲工作單位：中山大學(xué)激光與光譜學(xué)研究所

1995年5月22一26日,在美國馬里蘭州巴爾的摩召開的第15屆“激光與光電子學(xué)(CLEO)”和第5屆“量子電子學(xué)與激光科學(xué)(QELS)”會(huì)議,是世界規(guī)模最大的激光一光電子一量子電子學(xué)領(lǐng)域的重要的國際會(huì)議。本會(huì)議一個(gè)特別新的內(nèi)容是激光在生物學(xué)與醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。同時(shí),還舉辦了一個(gè)龐大的技術(shù)展覽會(huì),展覽了許多與生物醫(yī)學(xué)有關(guān)的新產(chǎn)品。會(huì)上千余篇,內(nèi)容主要側(cè)重固態(tài)與半導(dǎo)體激光器、非線性光學(xué)、超短脈沖激光光源、激光在醫(yī)學(xué)生物學(xué)中的應(yīng)用等。這些論文反映了近年來激光科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展,現(xiàn)分述如下。

1半導(dǎo)體激光

十分引人注目的是半導(dǎo)體激光器件研究方面的成果。其中有關(guān)新材料及其處理過程,器件工作物理機(jī)制,器件的設(shè)計(jì)思想,器件工作向短波段的延拓等,都有很大的發(fā)展。光子帶隙、半導(dǎo)體量子電子學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)研究逐步使量子阱異質(zhì)結(jié)激光器邁向?qū)嵱秒A段,并導(dǎo)致光學(xué)和光電子學(xué)用的量子阱器件以及超短脈沖半導(dǎo)體激光器和高速光探測器件的迅速發(fā)展。這對(duì)推動(dòng)高速通訊的發(fā)展是十分重要的。垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)的功率轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)高于50%,闌值電流200拼A,工作體積7只7(拜m)2;半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)材料已經(jīng)可以制作出微腔激光器。一個(gè)10nm的腔體可產(chǎn)生1000nm波長的窄頻帶輻射。可見區(qū),特別是藍(lán)綠波段半導(dǎo)體激光器研制令人鼓舞,一旦進(jìn)入實(shí)用階段,勢必劇烈改變小功率可見區(qū)激光器銷售市場的狀況,并將大大擴(kuò)展激光在科技和生活領(lǐng)域的使用范圍。長波可見段630nm,650nm和670nm的紅色激光二極管(LD)制作成本較前兩年已大大下降。目前可以預(yù)感到:在激光顯示、激光準(zhǔn)直、激光印刷、激光醫(yī)學(xué)生物學(xué)應(yīng)用等方面,半導(dǎo)體紅光激光二極管將會(huì)迅速占領(lǐng)氦氖激光器的原有市場,取而代之。與此有關(guān)的藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)已開始以遠(yuǎn)較紅、黃、綠色發(fā)光二極管高昂的價(jià)格投放市場(隨著技術(shù)改進(jìn),將很快降低成本),形成了大型彩色顯示屏幕蓬勃發(fā)展態(tài)勢。在半導(dǎo)體激光領(lǐng)域,近年備受關(guān)注且影響著該領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展的課題是半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)和微腔以及在這類器件中的相干現(xiàn)象的研究。

2固體激光

迅速發(fā)展的另一領(lǐng)域是固體激光器。近兩年,明顯看到:纖維激光和波導(dǎo)固體激光,可調(diào)諧固態(tài)激光,特別是用半導(dǎo)體激光二極管陣列泵浦的“全固態(tài)化”固體激光器的實(shí)用化,將可以達(dá)到許多目的:相對(duì)廉價(jià)、穩(wěn)定性好、壽命長、波長可調(diào)諧范圍寬、脈沖寬度窄,還可以具有優(yōu)良的空間分布光束質(zhì)量等。因此,具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。它已開始取代優(yōu)質(zhì)、高功率的氣體激光器,用于微束打印和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。尤其值得一提的是:“全固態(tài)化”的欽寶石激光器,在連續(xù)操作時(shí).波長可調(diào)諧范圍甚寬(從600~1100nm),功率很易達(dá)到瓦級(jí)水平。在鎖模脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),可以產(chǎn)生自鎖模,脈寬達(dá)數(shù)十飛鈔,平均功率已達(dá)瓦級(jí)。如此一來,再配合非線性頻率變換辦法,可以把激光波段擴(kuò)展到很大的范圍。再加這類激光器的裝里有牢靠、調(diào)節(jié)簡便的優(yōu)點(diǎn),可以做成車載、機(jī)載系統(tǒng)。顯然,在不遠(yuǎn)的將來,有可能由它淘汰染料激光。

介紹了激光熔覆技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用、設(shè)備及工藝特點(diǎn)，簡述了激光熔覆技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，指出了激光表面改性技術(shù)存在的問題，展望了激光熔覆技術(shù)的發(fā)展前景。

0引言

激光熔覆技術(shù)是20世紀(jì)70年代隨著大功率激光器的發(fā)展而興起的一種新的表面改性技術(shù)，是指激光表面熔敷技術(shù)是在激光束作用下將合金粉末或陶瓷粉末與基體表面迅速加熱并熔化,光束移開后自激冷卻形成稀釋率極低,與基體材料呈冶金結(jié)合的表面涂層,從而顯著改善基體表面耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性等的一種表面強(qiáng)化方法[1~3]。如對(duì)60#鋼進(jìn)行碳鎢激光熔覆后，硬度最高達(dá)2200HV以上，耐磨損性能為基體60#鋼的20倍左右。在Q235鋼表面激光熔覆CoCrSiB合金后，將其耐磨性與火焰噴涂的耐蝕性進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)前者的耐蝕性明顯高于后者[4]。

激光熔覆技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)效益很高的新技術(shù),它可以在廉價(jià)金屬基材上制備出高性能的合金表面而不影響基體的性質(zhì)，降低成本,節(jié)約貴重稀有金屬材料，因此,世界上各工業(yè)先進(jìn)國家對(duì)激光熔覆技術(shù)的研究及應(yīng)用都非常重視[1-2、5-7]。

1激光熔覆技術(shù)的設(shè)備及工藝特點(diǎn)

目前應(yīng)用于激光熔覆的激光器主要有輸出功率為1~10kW的CO2激光器和500W左右的YAG激光器。對(duì)于連續(xù)CO2激光熔覆,國內(nèi)外學(xué)者已做了大量研究[1]。近年來高功率YAG激光器的研制發(fā)展迅速,主要用于有色合金表面改性。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,采用CO2激光進(jìn)行鋁合金激光熔覆,鋁合金基體在CO2激光輻照條件下容易變形,甚至塌陷[1]。YAG激光器輸出波長為1.06μm,較CO2激光波長小1個(gè)數(shù)量級(jí),因而更適合此類金屬的激光熔覆。

介紹了激光熔覆技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用、設(shè)備及工藝特點(diǎn)，簡述了激光熔覆技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，指出了激光表面改性技術(shù)存在的問題，展望了激光熔覆技術(shù)的發(fā)展前景。

0引言

激光熔覆技術(shù)是20世紀(jì)70年代隨著大功率激光器的發(fā)展而興起的一種新的表面改性技術(shù)，是指激光表面熔敷技術(shù)是在激光束作用下將合金粉末或陶瓷粉末與基體表面迅速加熱并熔化,光束移開后自激冷卻形成稀釋率極低,與基體材料呈冶金結(jié)合的表面涂層,從而顯著改善基體表面耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性等的一種表面強(qiáng)化方法[1~3]。如對(duì)60#鋼進(jìn)行碳鎢激光熔覆后，硬度最高達(dá)2200HV以上，耐磨損性能為基體60#鋼的20倍左右。在Q235鋼表面激光熔覆CoCrSiB合金后，將其耐磨性與火焰噴涂的耐蝕性進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)前者的耐蝕性明顯高于后者[4]。

激光熔覆技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)效益很高的新技術(shù),它可以在廉價(jià)金屬基材上制備出高性能的合金表面而不影響基體的性質(zhì)，降低成本,節(jié)約貴重稀有金屬材料，因此,世界上各工業(yè)先進(jìn)國家對(duì)激光熔覆技術(shù)的研究及應(yīng)用都非常重視[1-2、5-7]。

1激光熔覆技術(shù)的設(shè)備及工藝特點(diǎn)

目前應(yīng)用于激光熔覆的激光器主要有輸出功率為1~10kW的CO2激光器和500W左右的YAG激光器。對(duì)于連續(xù)CO2激光熔覆,國內(nèi)外學(xué)者已做了大量研究[1]。近年來高功率YAG激光器的研制發(fā)展迅速,主要用于有色合金表面改性。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,采用CO2激光進(jìn)行鋁合金激光熔覆,鋁合金基體在CO2激光輻照條件下容易變形,甚至塌陷[1]。YAG激光器輸出波長為1.06μm,較CO2激光波長小1個(gè)數(shù)量級(jí),因而更適合此類金屬的激光熔覆。

激光與空間技術(shù)胡海棠國家科委信息司原常務(wù)副司長研究員——一、激光技術(shù)——（一）什么是激光與激光技術(shù)——激光，是一種自然界原本不存在的，因受激而發(fā)出的具有方向性好、亮度高、單色性好和相干性好等特性的光。物理學(xué)家把產(chǎn)生激光的機(jī)理溯源到1917年愛因斯坦解釋黑體輻射定律時(shí)提出的假說，即光的吸收和發(fā)射可經(jīng)由受激吸收、受激輻射和自發(fā)輻射三種基本過程。眾所周知，任何一種光源的發(fā)光都與其物質(zhì)內(nèi)部粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)處于低能級(jí)上的粒子（原子、分子或離子）吸收了適當(dāng)頻率外來能量（光）被激發(fā)而躍遷到相應(yīng)的高能級(jí)上（受激吸收）后，總是力圖躍遷到較低的能級(jí)去，同時(shí)將多余的能量以光子形式釋放出來。如果光是在沒有外來光子作用下自發(fā)地釋放出來的（自發(fā)輻射），此時(shí)被釋放的光即為普通的光（如電燈、霓虹燈等），其特點(diǎn)是光的頻率大小、方向和步調(diào)都很不一致。但如果是在外來光子直接作用下由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)將多余的能量以光子形式釋放出來（受激輻射），被釋放的光子則與外來的入射光子在頻率、位相、傳播方向等方面完全一致，這就意味著外來光得到了加強(qiáng)，我們稱之為光放大。顯然，如果通過受激吸收，使處于高能級(jí)的粒子數(shù)比處于低能級(jí)的越多（粒子數(shù)反轉(zhuǎn)），這種光的放大現(xiàn)象就越明顯，這時(shí)就有可能形成激光了?！す庵员蛔u(yù)為神奇的光，是因?yàn)樗衅胀ü馑耆痪邆涞乃拇筇匦浴！?.方向性好——普通光源（太陽、白熾燈或熒光燈）向四面八方發(fā)光，而激光的發(fā)光方向可以限制在小于幾個(gè)毫弧度立體角內(nèi)（圖8-9），這就使得在照射方向上的照度提高千萬倍。激光準(zhǔn)直、導(dǎo)向和測距就是利用方向性好這一特性?！?.亮度高——激光是當(dāng)代最亮的光源，只有氫彈爆炸瞬間強(qiáng)烈的閃光才能與它相比擬。太陽光亮度大約是103瓦／（厘米2.球面度），而一臺(tái)大功率激光器的輸出光亮度經(jīng)太陽光高出7～14個(gè)數(shù)量級(jí)。這樣，盡管激光的總能量并不一定很大，但由于能量高度集中，很容易在某一微小點(diǎn)處產(chǎn)生高壓和幾萬攝氏度甚至幾百萬攝氏度高溫。激光打孔、切割、焊接和激光外科手術(shù)就是利用了這一特性。——3.單色性好——光是一種電磁波。光的顏色取決于它的波長。普通光源發(fā)出的光通常包含著各種波長，是各種顏色光的混合。太陽光包含紅、登、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色的可見光及紅外光、紫外光等不可見光。而某種激光的波長，只集中在十分窄的光譜波段或頻率范圍內(nèi)。如氦氖激光的波長為632.8納米，其波長變化范圍不到萬分之一納米。由于激光的單色性好，為精密度儀器測量和激勵(lì)某些化學(xué)反應(yīng)等科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了極為有利的手段。——4.相干性好——干涉是波動(dòng)現(xiàn)象的一種屬性?；诩す饩哂懈叻较蛐院透邌紊缘奶匦?，它必然相干性極好。激光的這一特性使全息照相成為現(xiàn)實(shí)。——所謂激光技術(shù)，就是探索開發(fā)各種產(chǎn)生激光的方法以及探索應(yīng)用激光的這些特性為人類造福的技術(shù)的總稱。自1960年美國研制成功世界上第一臺(tái)紅寶石激光器，我國也于1961年研制成功國產(chǎn)首臺(tái)紅寶石激光器以來，激光技術(shù)被認(rèn)為是20世紀(jì)繼量子物理學(xué)、無線電技術(shù)、原子能技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)之后的又一重大科學(xué)技術(shù)新成就。30多年來，激光技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，不僅研制了各個(gè)特色的多種多樣的激光器，而且激光應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，并形成了激光唱盤唱機(jī)、激光醫(yī)療、激光加工、激光全息照相、激光照排印刷、激光打印以及激光武器等一系列新興產(chǎn)業(yè)。激光技術(shù)的飛速發(fā)展，使其成為當(dāng)今新技術(shù)革命的“帶頭技術(shù)”之一?！ǘ└魇礁鳂拥募す馄鳌诠庠粗?，實(shí)現(xiàn)能級(jí)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是實(shí)現(xiàn)光放大的前提，也就是產(chǎn)生激光的先決條件。要實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，需借助外來光的力量，使大量原來處于低能級(jí)的粒子躍遷到高能級(jí)上去，這個(gè)過程我們稱之為“激勵(lì)”?！覀兺ǔＫf的激光器，就是使光源中的粒子受到激勵(lì)而產(chǎn)生受激輻射躍遷，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，然后通過受激輻射而產(chǎn)生光的放大的裝置。激光器雖然多種多樣，但使命都是通過激勵(lì)和受激輻射而獲得激光。因此基本組成通常均由激活介質(zhì)（即被激勵(lì)后能產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的工作物質(zhì)）、激勵(lì)裝置（即能使激活介質(zhì)發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的能源，泵浦源）和光諧振腔（即能使光束在其中反復(fù)振蕩和被多次放大的兩塊平面反射鏡）等三個(gè)部分組成（圖8-2）?！?jīng)過30余年的發(fā)展，各國開發(fā)出實(shí)用的激光器已超過200種。種類繁多，特點(diǎn)各異，用途也各不相同。激光器有各種不同的分類方法：按工作物質(zhì)來分有氣體、玻璃、晶體、液體、半導(dǎo)體、準(zhǔn)分子等激光器，還有化學(xué)激光器（靠化學(xué)反應(yīng)而形成受激狀態(tài)）和自由電子激光器等；按波長來分，覆蓋的波長范圍包括遠(yuǎn)紅外、紅外、可見光、紫外直到遠(yuǎn)紫外，最近還研制出X射線激光器和正在開發(fā)的γ射線光器；按激勵(lì)方式不同，有光激勵(lì)（光源或紫外光激勵(lì)）、氣體放電激勵(lì)、化學(xué)反應(yīng)激勵(lì)、核反應(yīng)激勵(lì)等；按輸出方式不同，有連續(xù)的、單脈沖的、連續(xù)脈沖的和超短脈沖的，等等；從功率輸出的大小來看，其中連續(xù)的輸出功率小至微瓦級(jí)，最大可達(dá)兆瓦級(jí)；脈沖輸出的能量可從微焦耳至10萬以上焦耳，脈沖寬度由毫秒級(jí)到皮秒級(jí)乃至飛秒級(jí)（1000萬億分之一）?！鲜龈魇礁鳂蛹す馄鞯某霈F(xiàn)，主要是為了滿足不同的應(yīng)用目的。如激光加工和某些軍用激光都要求高功率激光或高能量激光（即所謂強(qiáng)激光）。有的希望脈沖的時(shí)間盡量縮短，以從事某些特快過程的研究。有的還對(duì)提高光的單色性、改善輸出光的模式、改善光斑的光強(qiáng)分布以及要求波長可調(diào)等提出了很高的要求，從而使激光器的探索深度和應(yīng)用廣度得到前所未有的發(fā)展。激光器的應(yīng)用已滲透到各個(gè)領(lǐng)域，正在奇跡般地改變著我們的世界?！ㄈ┡畈l(fā)展的激光應(yīng)用——激光不僅是20世紀(jì)內(nèi)人類最重大的發(fā)明之一，而且激光技術(shù)的應(yīng)用已廣泛深入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、醫(yī)學(xué)乃至社會(huì)的各個(gè)方面，對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步正在起著越來越重要的作用。——1、激光在信息領(lǐng)域的應(yīng)用——半導(dǎo)體激光器和光纖放大器是光纖通信的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光不僅單色性和相干性好，而且光波頻率比微波頻率又高萬倍，故以激光為傳遞信息的載體，用光纖做信息傳遞線路的光纖通信，不僅通信質(zhì)量好、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好，而且通信容量比微波通信要提高上萬倍。一根比頭發(fā)絲還細(xì)的光纖，就可以同時(shí)傳輸上萬路電話或成千路電視節(jié)目，從而使通信真正成為通向千家萬戶的網(wǎng)絡(luò)新時(shí)代。——利用激光技術(shù)進(jìn)行光存儲(chǔ)，使信息的存儲(chǔ)發(fā)生了革命性的飛躍。一張CD聲頻光盤的記錄密度相當(dāng)于1000萬比特／厘米2，可記錄78分鐘的音樂節(jié)目，比密紋唱片要大好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。一張計(jì)算機(jī)用的盤徑為5英寸的CD-ROM，容量可達(dá)650兆比特。一張LD（激光錄像盤），或者近幾年最熱門的VCD（激光視盤，谷稱小影碟），以及繼VCD之后的新一代視盤DVD（數(shù)字視盤），其視像蘊(yùn)含的信號(hào)量比CD又要高千倍，可記錄100分鐘的清晰度很高的影視節(jié)目。CD、VCD和LD不僅已在放像設(shè)備市場占有相當(dāng)大的份額，而且還可以在配有激光驅(qū)動(dòng)器的計(jì)算機(jī)上播放。——此外，激光打印機(jī)、激光傳真機(jī)、激光照排、激光大屏幕彩色電視、光纖有線電視以及大氣激光通訊等均已得到廣泛應(yīng)用?！?、激光在全息術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用——光作為一種波動(dòng)現(xiàn)象，表征它的物理量有波長（同顏色有關(guān)）、振幅（同光的強(qiáng)弱有關(guān)）和位相（表示波動(dòng)起點(diǎn)同基準(zhǔn)時(shí)間的關(guān)系）。人們利用感光的照相方法，只能記錄下波長和振幅，所以無論照得多么逼真，看照片和看真的景物總是不一樣。而激光具有高相干性，能獲取干涉波空間包括相位在內(nèi)的全部信息。因此，采用激光進(jìn)行全息攝影，被拍物體的全部信息都被記錄在底片上，通過光的衍射，就能復(fù)現(xiàn)被攝取物體栩栩如生的立體形象。時(shí)至今日，在全息照相的基礎(chǔ)上，還進(jìn)一步發(fā)展了全息干涉術(shù)、彩色全息及彩虹全息和周視全息等新的全息技術(shù)?！⒄障嗑哂腥S成像的特點(diǎn)，可重復(fù)記錄，而且每一小塊全息底片都能再現(xiàn)物體的完整立體形象，其用途十分廣泛。可廣泛用于精密干涉計(jì)量、無損探傷、全息光彈性、微應(yīng)變分析和振動(dòng)分析等科學(xué)研究。利用全息干涉術(shù)研究燃?xì)馊紵^程、機(jī)械件的振動(dòng)模式、蜂窩板結(jié)構(gòu)的粘結(jié)質(zhì)量和汽車輪胎皮下缺陷檢查等已得到廣泛應(yīng)用。全息照相用作商品和信用卡的防偽標(biāo)記已形成產(chǎn)業(yè)，用全息照相拍攝珍貴藝術(shù)品，不僅欣賞起來令人如臨其境，而且為藝術(shù)品的修復(fù)提供了可靠而逼真的依據(jù)。正在發(fā)展的全息電視還將為人們?cè)鎏硪环N新的生活享受?！?、空間技術(shù)——（一）什么是空間技術(shù)——空間技術(shù)，顧名思義就是探索、開發(fā)和利用宇宙空間的技術(shù)。現(xiàn)階段，空間技術(shù)又稱航天技術(shù)。但對(duì)“天”目前專家們有兩種理解：一是把地球大氣層以外的無限遙遠(yuǎn)空間稱之為“天”；另一是把地球大氣層外、太陽系以內(nèi)的有限空間叫做“天”。若按前一種理解，空間技術(shù)和航天技術(shù)完全是一回事；若按后一種理解，人們把地球大氣層以外、太陽系以內(nèi)的空間活動(dòng)稱之為航天，超出太陽系以外的空間活動(dòng)稱之為航宇。這樣，空間技術(shù)則應(yīng)涵蓋航天技術(shù)和航宇技術(shù)。但由于在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，人類主要還是在太陽系內(nèi)從事活動(dòng)，因此，當(dāng)今把航天技術(shù)和空間技術(shù)視為同義詞已得到公認(rèn)?！覈暮教鞂＜覍⒖臻g技術(shù)的主要特點(diǎn)概括為兩個(gè)方面：首先空間技術(shù)是一門高度綜合性的科學(xué)技術(shù)，是很多現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)成就的綜合集成。它主要依賴于電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、遙感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等眾多先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。因此，一個(gè)國家空間技術(shù)的成就，最能體現(xiàn)其科學(xué)技術(shù)的水平，是衡量其科技實(shí)力的重要標(biāo)志。其次，空間技術(shù)是一門快速的、大范圍的、在宏觀尺度上最能發(fā)揮作用的科學(xué)技術(shù)。比如，通信衛(wèi)星可以大面積覆蓋地面以至全球；氣象衛(wèi)星可以進(jìn)行全球天氣預(yù)報(bào)；偵察衛(wèi)星可以及時(shí)監(jiān)視廣大地區(qū)的軍事活動(dòng)等等?！臻g技術(shù)區(qū)別于一般常規(guī)技術(shù)的這兩大特點(diǎn)，使其對(duì)一個(gè)國愛的實(shí)力和進(jìn)步起到意想不到的戰(zhàn)略性作用：在經(jīng)濟(jì)上能產(chǎn)生很高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，普遍認(rèn)為，開發(fā)利用外層空間資源，其投資效益能達(dá)到1∶10以上；在軍事上最能顯示一個(gè)國家的軍事實(shí)力，一個(gè)國家只要占有空間優(yōu)勢，就掌握了軍事戰(zhàn)略上的主動(dòng)權(quán)；在政治上對(duì)提高一個(gè)國家在國際活動(dòng)中的地位影響深遠(yuǎn)。一項(xiàng)重大空間成就，往往成為國際談判的重大籌碼；在科學(xué)技術(shù)上還能帶動(dòng)電子、自動(dòng)化、遙感、生物等學(xué)科的發(fā)展，并形成包括衛(wèi)星氣象學(xué)、衛(wèi)星海洋學(xué)、空間生物學(xué)和空間材料工藝學(xué)等一群新的邊緣科學(xué)?！ǘ┛臻g技術(shù)的重大成就——空間技術(shù)的開創(chuàng)和發(fā)展是人類開拓宇宙空間的壯麗事業(yè)?？臻g技術(shù)自50年代崛起以來，以其輝煌的成就對(duì)國際政治、軍事產(chǎn)生的影響和對(duì)人類經(jīng)濟(jì)、文明作出的貢獻(xiàn)舉世矚目。幾十年來，空間技術(shù)取得了重大的成就，其中各類衛(wèi)星大顯神通。

論文關(guān)鍵詞：激光探測；接口

論文摘要：本文論述了激光探測系統(tǒng)信息接口技術(shù)；討論了激光探測接口的一般設(shè)計(jì)思想。

1引言

激光具有波長單一和良好的方向性，所以和傳統(tǒng)的探測方法相比，激光探測具有精度高，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在激光測距、激光雷達(dá)、激光告警、激光制導(dǎo)、目標(biāo)識(shí)別等軍事領(lǐng)域，都得到了廣泛應(yīng)用。針對(duì)不同武器系統(tǒng)的需求，激光探測系統(tǒng)接口呈現(xiàn)出多樣性。

近年來，隨著應(yīng)用需求和集成化度的增加，激光探測系內(nèi)部、激光探測系統(tǒng)和各武器平臺(tái)之間集成了不同廠商的硬件設(shè)備、數(shù)據(jù)平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等，由此帶來的異構(gòu)性給探測系統(tǒng)的互操作性、兼容性及平滑升級(jí)能力帶來了問題。

對(duì)激光探測系統(tǒng)而言，接口技術(shù)的設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)集成的關(guān)鍵技術(shù)。一個(gè)激光探測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)施，有很大的工作量是在接口的處理上，好的接口設(shè)計(jì)可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、運(yùn)行效率、升級(jí)能力等，本文以激光探測系統(tǒng)接口技術(shù)為研究對(duì)象，著重分析其接口技術(shù)類型、設(shè)計(jì)考慮因素和驗(yàn)證方法。

介紹了激光熔覆技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用、設(shè)備及工藝特點(diǎn)，簡述了激光熔覆技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，指出了激光表面改性技術(shù)存在的問題，展望了激光熔覆技術(shù)的發(fā)展前景。

0引言

激光熔覆技術(shù)是20世紀(jì)70年代隨著大功率激光器的發(fā)展而興起的一種新的表面改性技術(shù)，是指激光表面熔敷技術(shù)是在激光束作用下將合金粉末或陶瓷粉末與基體表面迅速加熱并熔化,光束移開后自激冷卻形成稀釋率極低,與基體材料呈冶金結(jié)合的表面涂層,從而顯著改善基體表面耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性等的一種表面強(qiáng)化方法[1~3]。如對(duì)60#鋼進(jìn)行碳鎢激光熔覆后，硬度最高達(dá)2200HV以上，耐磨損性能為基體60#鋼的20倍左右。在Q235鋼表面激光熔覆CoCrSiB合金后，將其耐磨性與火焰噴涂的耐蝕性進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)前者的耐蝕性明顯高于后者[4]。

激光熔覆技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)效益很高的新技術(shù),它可以在廉價(jià)金屬基材上制備出高性能的合金表面而不影響基體的性質(zhì)，降低成本,節(jié)約貴重稀有金屬材料，因此,世界上各工業(yè)先進(jìn)國家對(duì)激光熔覆技術(shù)的研究及應(yīng)用都非常重視[1-2、5-7]。

1激光熔覆技術(shù)的設(shè)備及工藝特點(diǎn)

目前應(yīng)用于激光熔覆的激光器主要有輸出功率為1~10kW的CO2激光器和500W左右的YAG激光器。對(duì)于連續(xù)CO2激光熔覆,國內(nèi)外學(xué)者已做了大量研究[1]。近年來高功率YAG激光器的研制發(fā)展迅速,主要用于有色合金表面改性。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,采用CO2激光進(jìn)行鋁合金激光熔覆,鋁合金基體在CO2激光輻照條件下容易變形,甚至塌陷[1]。YAG激光器輸出波長為1.06μm,較CO2激光波長小1個(gè)數(shù)量級(jí),因而更適合此類金屬的激光熔覆。

摘要在最近十年,激光技術(shù)有了長足的進(jìn)展,激光的強(qiáng)度超過了1022W/cm2,激光的電場達(dá)到~4×1012V/cm.當(dāng)這種高強(qiáng)度的激光照射在靶上時(shí),可以產(chǎn)生許多由激光產(chǎn)生的核反應(yīng)現(xiàn)象.在這篇文章中,作者回顧了這一領(lǐng)域的研究進(jìn)展,并對(duì)在不遠(yuǎn)的未來激光產(chǎn)生電子､質(zhì)子､中子､X射線和正電子發(fā)展的潛力進(jìn)行了一些討論.

關(guān)鍵詞啁啾脈沖放大,粒子云,正電子發(fā)射層析術(shù),庫侖爆炸

1什么是激光核物理

最近十年中,激光技術(shù)有了顯著的進(jìn)展,激光強(qiáng)度已超過1022W/cm2,激光的電場強(qiáng)度達(dá)到3.8×1012V/cm,比氫原子中電子玻爾軌道上的庫侖場大759倍,相當(dāng)于在原子大小上相應(yīng)加上約40kV的電壓,在原子核大小上相應(yīng)加上約0.38V的電壓,在這種很強(qiáng)的電場作用下,所有的原子都會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)被電離,產(chǎn)生從幾個(gè)MeV到幾百M(fèi)eV的質(zhì)子,幾十MeV到GeV的電子和其他粒子,以及韌致輻射和中子,這些粒子可以產(chǎn)生核反應(yīng),打開了核物理以及非線性相對(duì)論光學(xué)研究的新領(lǐng)域[1—3].

在今后的十年中,激光強(qiáng)度可能會(huì)提高到1026—1028W/cm2,這樣高強(qiáng)度的激光可以將粒子加速到1012—1015eV,并將成為研究粒子物理､引力物理､非線性場論､超高壓物理､天體物理和宇宙線研究中的一個(gè)有力工具[1].

超高功率超短脈沖激光技術(shù)的發(fā)展,在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)造了前所未有的極端物態(tài)條件,如高電場､強(qiáng)磁場､高能量密度､高光壓和高的電子抖動(dòng)能量､高的電子加速度,這種極端的物理?xiàng)l件,目前只有在核爆中心､恒星內(nèi)部､星洞邊緣才能存在,在它和物質(zhì)的相互作用中,產(chǎn)生了高度的非線性和相對(duì)論效應(yīng),產(chǎn)生了嶄新的物理學(xué)領(lǐng)域,也為多個(gè)交叉學(xué)科前沿研究領(lǐng)域帶來了歷史性的機(jī)遇和拓展的空間.

1激光修復(fù)系統(tǒng)

激光修復(fù)技術(shù)是集高功率激光、計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、CAD/CAM、先進(jìn)材料、數(shù)控技術(shù)等多學(xué)科的應(yīng)用技術(shù)。修復(fù)系統(tǒng)主要由硬件設(shè)備和制造過程軟件組成。硬件設(shè)備包括激光器、數(shù)控系統(tǒng)及工作臺(tái)、送粉裝置、光路系統(tǒng)、水冷裝置、保護(hù)氣系統(tǒng)和在線控制所涉及的數(shù)據(jù)采集裝置。軟件系統(tǒng)包括制造零件成型軟件擻據(jù)通訊和在線控制軟件。激光修復(fù)過程如圖2所示。CO2激光器發(fā)出的激光經(jīng)CNC數(shù)控機(jī)床Z軸(垂直工作臺(tái))反射鏡后，進(jìn)入三維光束成形聚焦組合鏡，再進(jìn)入同軸送粉工作頭，組合鏡和工作頭都固定在機(jī)床Z軸上，由數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)一控制。載氣式送粉器將粉末均勻輸送到分粉器的同軸送粉工作頭。

模具位于CNC數(shù)控工作臺(tái)X-Y平面上，根據(jù)CNC指令，工作臺(tái)、組合鏡和送粉頭按給定的CAD程序運(yùn)動(dòng)。同時(shí)加入激光和粉末，逐層熔敷。在溫度檢測和控制系統(tǒng)作用下，使模具恢復(fù)原始尺寸。為保證熔覆材料(金屬粉末)和基體(模具)材料實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，以及模具的尺寸精度、表面光潔度和材料性能，需將φ50mm圓形多模1kW-5kW高功率激光束變換成強(qiáng)度均勻分布的圓形光束，光斑尺寸可調(diào)(光路系統(tǒng))，并配有水冷系統(tǒng)和光束頭氣體保護(hù)系統(tǒng)，同時(shí)需重點(diǎn)考慮同軸送粉裝置和現(xiàn)場控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1.1同軸送粉裝置

穩(wěn)定可靠的粉末輸送系統(tǒng)是金屬零件修復(fù)質(zhì)量的重要保證。粉末輸送的波動(dòng)將影響修復(fù)的質(zhì)量。激光修復(fù)對(duì)送粉的基本要求是連續(xù)、穩(wěn)定、均勻和可控地把粉末送入激光熔池。送粉裝置由送粉器和同軸送粉嘴組成。在送粉器的粉斗下部，由于平衡氣壓的作用形成氣固兩相流化，并從導(dǎo)管開孔，隨載氣輸送粉末。送粉量由輸送氣體的壓力調(diào)節(jié)，拓寬了送粉范圍，實(shí)現(xiàn)從5g/min-150g/min均勻連續(xù)可調(diào)送粉，送粉精度高達(dá)±5。設(shè)計(jì)的載氣同軸粉嘴，消除了氣體壓力波動(dòng)引起的4路送粉不均勻，并使工作距離加大，且連續(xù)可調(diào)。

1.2模具修復(fù)過程的控制

摘要：介紹了紅陽二礦主井提升機(jī)閘間隙監(jiān)測保護(hù)裝置技術(shù)改造和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；系統(tǒng)采用高精度激光位移傳感器，對(duì)閘瓦閘間隙、閘瓦磨損值、彈簧疲勞和閘盤偏擺等位移信號(hào)進(jìn)行檢測，轉(zhuǎn)換成4～20mA電流信號(hào)傳輸給PLC的模擬輸入端口，PLC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)讀取、分析、換算，轉(zhuǎn)換為便于顯示的數(shù)值，超過設(shè)定值發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。實(shí)際應(yīng)用證明了裝置具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、工作可靠等技術(shù)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：主井提升機(jī)；閘間隙監(jiān)測系統(tǒng)；激光傳感器；PLC；盤形閘

盤形閘是礦井提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的部件[1]，由于使用頻繁，造成閘盤與制動(dòng)盤之間產(chǎn)生磨損，使得間隙過大，而影響制動(dòng)效果。根據(jù)2016版《煤礦安全規(guī)程》第四百二十六條第二項(xiàng)明確規(guī)定“盤形閘的閘瓦和閘盤之間的間隙不得超過2mm”，并且在四百二十三條第六項(xiàng)規(guī)定“當(dāng)閘瓦間隙超過規(guī)定值時(shí)，能報(bào)警并閉鎖下次開車”[2]。因此，盤形閘工作間隙的監(jiān)測與保護(hù)對(duì)提升機(jī)裝置的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。然而，通過對(duì)東北地區(qū)煤礦企業(yè)市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前大多數(shù)的煤礦提升機(jī)中都沒有安裝閘間隙保護(hù)裝置，仍采用較為原始的保護(hù)開關(guān)作為安全保護(hù)，造成了保護(hù)措施不利，技術(shù)手段落后，控制精度不高，保護(hù)效果不明顯，經(jīng)常出現(xiàn)安全隱患。設(shè)計(jì)了一種礦井提升機(jī)閘間隙保護(hù)自動(dòng)監(jiān)測裝置,該保護(hù)裝置能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測閘間隙、閘瓦磨損、彈簧疲勞等相關(guān)數(shù)據(jù)，且具有自動(dòng)聲光報(bào)警及斷電保護(hù)功能[3]。

1檢測原理

監(jiān)測系統(tǒng)主要對(duì)閘間隙、閘瓦磨損和彈簧疲勞進(jìn)行檢測。制動(dòng)閘正常狀態(tài)和閘瓦磨損及彈簧疲勞狀態(tài)圖如圖1。1）盤形閘閘間隙檢測。盤形閘閘間隙是監(jiān)測系統(tǒng)檢測的重要指標(biāo)，它是指提升機(jī)全松閘狀態(tài)時(shí)，制動(dòng)盤與閘瓦之間的間隙值[4]。該值可由下式計(jì)算：ZJ=ZH-ZS當(dāng)閘瓦磨損時(shí)：ZJ=ZH-ZS+ZM式中：ZJ為間隙值，mm；ZH為合閘時(shí)閘瓦外側(cè)與激光位移傳感器的距離，mm；ZS為松閘時(shí)閘瓦外側(cè)與激光位移傳感器的距離，mm；ZM為閘瓦磨損值，mm。2）閘瓦磨損檢測。閘瓦磨損是由于礦井提升機(jī)在運(yùn)行過程中，經(jīng)常處于減速制動(dòng)狀態(tài)，造成盤式制動(dòng)閘閘瓦與制動(dòng)盤之間不斷摩擦，而使閘瓦產(chǎn)生機(jī)械磨損，厚度逐漸減小，閘間隙逐漸增大，不但造成制動(dòng)力不均勻，且導(dǎo)致制動(dòng)力有所下降，影響制動(dòng)效果。正常閘瓦緊閘時(shí)閘瓦外側(cè)與激光位移傳感器的距離ZH小于磨損閘瓦緊閘時(shí)閘瓦外側(cè)與傳感器的距離ZH1，閘瓦磨損值ZM可由下式計(jì)算：ZM=ZH1-ZH式中：ZH1為磨損閘瓦合閘時(shí)閘瓦外側(cè)與激光位移傳感器的距離。3）彈簧疲勞監(jiān)測。彈簧疲勞是由于提升機(jī)制動(dòng)閘經(jīng)常處于松閘和緊閘狀態(tài)，隨著運(yùn)行的時(shí)間增加，碟形彈簧彈力會(huì)有所下降，從而導(dǎo)致制動(dòng)力有所減弱。當(dāng)制動(dòng)力減小到規(guī)定值時(shí)，就要及時(shí)更換碟形彈簧[5]。正常彈簧松閘時(shí)，閘瓦外側(cè)與激光位移傳感器的距離ZS大于疲勞彈簧松閘時(shí)閘瓦外側(cè)與激光位移傳感器的距離ZS1，彈簧疲勞值可由下式計(jì)算：式中：TP為彈簧疲勞值；ZS1為彈簧疲勞且開閘時(shí)閘瓦外側(cè)與激光位移傳感器的距離。

2主井提升機(jī)閘間隙監(jiān)測控制系統(tǒng)