激光协会
首页 > 产业交流平台

基于高速激光熔覆技术的柱塞杆再制造

柱塞泵是油气开采过程中的重要设备,广泛用于压裂、固井和注水等作业过程。作为柱塞泵的关键零部件,柱塞杆在工作过程中易遭受高频往复运动的摩擦损伤以及介质腐蚀和硬质颗粒的冲蚀,其使用寿命只有15~35天。

长庆油田共有数千台注水泵,每年会产生大量的废旧柱塞杆,陕西天元智能再制造股份有限公司多年来本着以修旧利废、为企业实现降本增效的目的,针对废旧柱塞杆开展了以高速激光熔覆技术为核心的再制造及表面强化技术开发与应用。

失效的柱塞杆

传统的柱塞杆表面处理工艺有电镀、喷焊等。

电镀由于存在环境污染和镀层性能差等问题,已逐渐被淘汰;

喷焊Ni60技术虽可获得合适的表面强化层性能,但由于热输入大,不仅对基体力学性能有明显影响,而且变形严重,机加工后有效熔覆层厚度均匀性较差,易使柱塞杆连接处变形而导致工件报废。因此火焰喷焊技术不适用于柱塞杆再制造,且采用该项技术进行表面强化的柱塞杆也不适合用于再制造毛坯。

区别于传统激光熔覆,高速激光熔覆通过改变激光与粉末的作用过程,在熔池之上将粉末融熔或半融熔,将融熔或半融熔状态的液体流送入熔池内,形成冶金结合的表面涂层,其熔覆效率与表面质量均得以提升。与喷焊和传统激光熔覆相比,具有效率高、热输入小、稀释率较小、可熔覆薄层、表面平整、后续加工量小等优势。

传统激光熔覆(左)与高速激光熔覆(右)的区别


从高速激光熔覆和常规激光熔覆的参数对比中不难看出:高速激光熔覆在产品质量和对基体影响等方面具有明显优势。不仅可用于表面强化,也可用于柱塞杆再制造。

常规激光熔覆和高速激光熔覆对比


根据工作性质和损坏方式的差异,将柱塞杆按外表面分成A、B、C三个区域(如下图):

1、A区域为柱塞杆和十字头挺杆连接位置,此处由于尺寸的减小和突变,是整个工件的力学薄弱区,易发生断裂和变形,存在轻微点蚀和锈蚀,做好表面去污除锈和裂纹检测即可;

2、B区域是柱塞杆的主要工作面,也是易损面,表面存在明显的划伤和点蚀坑,是高速激光熔覆再制造的主要部位;

3、C区域是柱塞杆和液体直接接触的端面,存在明显的腐蚀,特别是中心孔处腐蚀严重(或泥沙冲蚀),对于较深的腐蚀或冲蚀坑洞(超过2mm)先采用手工氩弧焊恢复尺寸再进行高速激光熔覆处理。

柱塞杆不同区域的损伤方式


柱塞杆高速激光熔覆中(左)、熔覆后(中)、机加工后(右)


用高速激光熔覆技术进行再制造或表面强化柱塞杆具有以下特点:

热输入低、变形小、效率高、熔覆层厚度均匀、对基体寿命损伤小;运用高速激光熔覆进行表面强化的柱塞杆,使用后还可进行再制造,节省了杆体的原材料采购成本和部分机加工作;高速激光熔覆稀释率不超过3%,较薄的熔覆层厚度(0.2mm)就可以满足要求,减少粉末浪费;高速激光熔覆表面粗糙度低至Ra12.8 m,可直接进行磨床加工。高速激光熔覆金属基复合粉末熔覆层硬度大于HRC55,熔覆层的耐磨耐腐蚀和耐冲蚀性能不低于喷焊Ni60,熔覆层厚度均匀,机加工后熔覆层厚度差别在5微米以内,柱塞杆使用寿命得到大幅度提升。以高速激光熔覆技术为核心的整个柱塞杆再制造生产环节绿色、环保、无污染。通过采用绿色环保的高速激光熔覆技术进行表面强化,使柱塞杆使用寿命显著提高,延长更换周期,减少设备运维成本;此外,以高速激光熔覆技术为核心的废旧柱塞杆再制造,不仅可提高产品的使用寿命,降低生产运营成本,更可实现开源节流及明显的社会、环境、经济效益。


来源 : 陕西天元智能 发布时间 : 2020-04-08

新的激光技术将有助于制造功能更强大且只有桌面大小的粒子加速器

该图描绘了LLE研究人员概述的方法,该方法利用强激光整形以使电子在非常短的距离内加速到更高能量。一个超短脉冲(黄色)向右传播并从一个放射状梯形(最右边的元素)反射,控制每个环在从无轴突(axiparabolla)(最左边的元素)反射之后聚焦的时间。图片:H. Palmer and K. Palmisano

通过观察已被加速到极高能量的电子,科学家们能够解开有关组成我们宇宙的粒子的线索。

但是,在实验室环境中将电子加速到如此高的能量是一项挑战:通常,电子能量越高,粒子加速器越大。例如,为了发现希格斯玻色子(最近观察到的负责宇宙质量的“上帝粒子”),瑞士欧洲核子研究组织实验室的科学家使用了27公里长的粒子加速器。

但是,如果有一种方法可以缩小粒子加速器的尺寸,在短距离内产生高能电子呢?

在《物理评论快报》上发表的一篇论文中,罗切斯特大学激光能量学实验室(LLE)的科学家概述了一种形成强激光的方法,该方法可以使电子在很短的距离内加速到创纪录能量:研究人员估计,加速器仅为类似能量装置装置的万分之一,从而将加速器从罗德岛(Rhode Island)的长度减少到餐桌的长度。有了这样的技术,科学家们可以进行桌面实验来探测希格斯玻色子,或者探索额外的维度和新的粒子,最终也许能实现爱因斯坦梦想的大统一理论。

LLE的科学家,论文的主要作者约翰·帕拉斯特罗(John Palastro)说:“研究基本粒子物理学需要更高能的电子。电子加速器为宇宙基本组成部分所居住的亚原子世界提供了窥镜。”

尽管目前这项研究只是理论上的研究,但LLE正在努力通过计划在LLE上建造世界上功率最高的激光器来使其成为现实。这款名为EP-OPAL的激光器将使研究人员能够创建出本文所述的极其强大的雕刻光脉冲和技术。

研究人员概述的电子加速器依靠一种革命性的技术来雕刻激光脉冲的形状,以使它们的峰值传播的速度快于光速。

LLE的资深科学家,论文的作者之一达斯汀·弗洛拉(Dustin Froula)说:“这项技术可以使电子加速到超过现有技术所能达到的水平。”

为了雕刻激光脉冲,研究人员开发了一种新颖的光学装置,类似于圆形剧场,具有波长大小的“台阶”,用于在从高功率激光器发出的同心圆光之间产生时间延迟。

典型的透镜将来自激光的每个光圈聚焦到距透镜的单个距离,从而形成一个高强度光的单点。但是,研究人员没有使用典型的透镜,而是使用了形状奇特的透镜,这使他们可以将每个光环聚焦到距透镜不同的距离,从而形成一条高强度的线,而不是一个光点。

当经过雕刻的光脉冲进入等离子体(自由移动的电子和离子的热汤)时,它会产生唤醒,类似于摩托艇启动时的状况。这种唤醒以光速传播。就像滑水者在船尾滑行一样,电子随后在经过雕刻的激光脉冲时加速。

这些“激光尾波加速器”(LWFA)于40年前首次被理论化,并通过线性调频脉冲放大(CPA)激光器的发明得到了发展。线性调频脉冲放大是LLE的2018年诺贝尔奖获得者唐娜·史翠克兰(Donna Strickland)和杰拉德·穆鲁(Gerard Mourou)共同开发的技术。

但是,以前版本的激光尾波加速器使用的是传统的,非结构化的光脉冲,其传播速度比光速慢,这意味着电子将超越尾流,从而限制了其加速度。新的雕刻光脉冲使能快于光的速度,从而电子可以无限期地唤醒和被连续加速。

电子持续获得能量

LLE的主管迈克尔·坎贝尔说:“这项工作极富创新性,将改变激光加速器的游戏规则。这项研究表明,与杰出的激光科学家和工程师紧密合作,理论和实验等离子体物理学的价值-代表了LLE文化的精华。”


来源 : 孜然实验室 发布时间 : 2020-04-08

人造雾能以低功率散射高亮度激光,这一发现最终可以取代灯泡

伦敦帝国理工学院的研究人员创造了一种被他们描述为人造雾的东西。这种所谓的人造雾能够以低功率散射高亮度激光。该团队认为,由于人造雾的散射光特性,这一发现最终可以取代灯泡。

其中一个关键的方面是,这种雾能以低功率要求产生高亮度。基于新型激光系统的灯泡将比普通灯泡或LED灯泡更节能。该团队创造的扩散器使激光以更大面积散射。该团队还能够对光线进行不同颜色的调整,包括白色。白色一直是使用激光器难以实现的颜色。激光二极管以前的白光是通过将激光照射到荧光粉材料上产生的。问题是这个过程的效率不高,只能产生一种颜色的光。

研究团队采用了与石墨烯相关的超薄材料,通过将红、蓝、绿三色激光照射到六边形氮化硼材料制成的扩散器上,就能产生白光。该团队开发的扩散器被称为aero-BN,由随机排列和相互连接的六边形氮化硼空心微管组成的半透明材料组成。

该材料由99.99%的空气组成。利用三种不同的激光器产生的白光深入到扩散器中,在扩散器中,它们被微管的纳米管壁强烈而随机地多次散射。该团队表示,扩散器就像人造雾一样,使扩散器的扩散性更强,在所有三种激光的最佳强度下,可以发出白光。通过改变三种不同颜色的激光器的强度比例,就可以获得整个调色板的颜色。


来源 : cnBeta 发布时间 : 2020-04-08

研发人员实现技术突破,开发出一种新型激光器

计算机芯片中的晶体管是电力性工作元件。如果能为计算机芯片插上“光学传输”的翅膀,数据传输的速度将大大提升。因此,研究人员一直致力于寻找将激光直接集成到硅芯片中的方法。据《自然·光子学》杂志近日报道,法国巴黎纳米科学与技术中心(C2N)、意法半导体公司(STME)和格勒诺布尔公司(CLG)等向着这一目标前进了一步。他们开发了一种可兼容的锗-锡半导体激光器,其效率可与传统砷化镓半导体激光器相媲美。

氮化硅和铝构成的“应力层”上涂覆有几微米厚的锗-锡层。在氮化硅晶格的定向作用下,研究人员可以获得光学放大效果。

光学数据传输的数据速率和传输范围均优于电子处理模式,并且能耗更低。在未来,光学解决方案将更多地应用于板-板和芯片-芯片级短距离数据传输。其中,人工智能系统因为需要录入大量数据训练算法,将由此受益匪浅。

研发人员实现技术突破,开发出一种新型激光器

FSJ研究人员Detlev Grützmacher教授解释说:“目前,廉价激光器是我们缺乏的最关键组件。能够与硅基CMOS技术兼容的电泵激光器将是理想的选择。然而,纯硅是一种‘间接半导体’,不适合作为激光材料。为此,研究人员一般会选择III-V族化合物复合半导体为替代品,然而它们的晶格结构与硅完全不同。因此,激光元件只能先在外部制造,然后再进行集成。这样的处理方式导致了成本的激增。”

相比之下,锗-锡激光器可以直接在CMOS生产过程中制造。早在2015年,FSJ的研究人员就证实过,锗-锡系统可以实现激光发射,而且锡含量是影响激光器性能的决定性因素。FSJ研究人员Dan Buca博士说:“从本质上讲,纯锗是一种与硅类似的间接半导体。锡使其转变为制造激光源的直接半导体。”

FSJ开发的外延生长工艺技术已经被全球多个研究小组所采用。通过进一步提高锡含量,激光器已经能够在0℃下工作。然而,锡含量过高又会降低激光效率。

研究人员Nils von den Driesch说:“为了使激光器具有相对较高的泵浦功率,我们以增加材料应力的方式弥补了锡含量降低导致的性能损失。”通过优化锡含量和泵浦功率,激光器产生的余热非常少,成为第一款既能在脉冲状态下工作,又能在连续工作状态下运转的IV族半导体激光器。

除用于光学数据传输外,新型激光器还在红外技术、夜视系统和气体传感器等方面有潜在应用价值。


来源 : 激光天地 发布时间 : 2020-04-07

非裔美国科学家用激光在癌症研究中取得突破

4月2日,生理学系莫尔豪斯医学院的助理教授Hadiyah-Nicole Green博士已成为使用激光激活的纳米粒子成功治愈小鼠癌症的第一人。

根据美国《黑色文化新闻》的报道,格林博士成功地在15天内对小鼠进行了测试后,发现了具有革命性的独特纳米颗粒技术可以治愈癌症。

格林博士使用的这项技术不需要化学疗法,放射疗法或手术,她从美国退伍军人事务部获得了110万美元的拨款,用于扩大她的纳米粒子癌症治疗研究领域。

她花了七年多的时间开发出一种靶向癌细胞的方法,而不是靶向癌细胞周围的健康细胞。

格林博士的技术使用一种经过FDA批准的含有纳米颗粒的药物,并将其注射入癌症患者体内,然后使该患者的肿瘤在成像设备下发光。激光通过加热纳米颗粒来激活它们。

格林博士表示:“它们无毒,因此没有激光,它们将不会杀死任何东西,而且激光本身无害,因此,没有颗粒,也不会伤害任何东西。” “由于他们需要共同努力并且无法分开工作,我可以确保治疗只针对我们靶向和鉴定的癌细胞。”

尽管格林博士不是第一个考虑使用激光和纳米粒子治疗癌症的人,但她已经能够解决技术中有问题的错误。

这些错误包括纳米粒子的传递以及能够在小鼠中看到成功。


来源 : 科技万花筒写轮眼 发布时间 : 2020-04-03

联赢激光:纽扣电池激光焊接应用解决方案

近年来,随着电子技术、5G技术和人工智能的发展,全球电子产品趋向智能化、轻薄化、无线互联、娱乐化等方向发展,以TWS(真无线蓝牙)耳机、智能手表、智能音箱等为代表的产品创造出新一轮电子消费需求高潮。其中TWS耳机毫无疑问是近年来最受关注的消费电子产品。

TWS耳机一般由主控芯片、电池、柔性电路板以及音频控制器等组成,其中电池成本占比约为10%~20%。以Airpods Pro为例,其整体共含3只电池:两只耳机和充电仓中各一只,其耳机中的电池为新型可充电式扣式电池。相比其他电子产品而言,TWS耳机中的扣式电池由于是新型可充电式,其加工技术难度相较传统一次性扣式电池而言更高,所以价值量更高。

新型可充电式扣式电池因其小巧且可储能的功能,在消费电子、电脑及周边、通讯、车载、医疗、家用、物联网IOT等领域也得到了广泛的应用。

联赢激光:纽扣电池激光焊接应用解决方案.jpg

联赢激光:纽扣电池激光焊接应用解决方案.jpg

我们日常生活中常见的各类平价电子产品上的纽扣电池多为传统的一次性(不可充电)式,其价格低廉,加工工艺简单。如今,为满足消费者对电子产品的高强续航力、高安全性和个性化需求,各大电池厂商开始逐步制造生产能量密度更高且规格多样、材料多样的新型可充电式纽扣电池。正因如此,新型纽扣电池的加工难度和技术也在不断升级,传统的加工技术已触及到新型纽扣电池加工技术升级的痛点。传统纽扣电池加工技术是用电阻的热效应将焊片与电池壳进行热熔合而形成焊接的电阻焊。此焊接技术虽便捷、成本低,但缺点也显而易见,例如只能用于单一的材料焊接、焊痕不美观、焊点尺寸不精准且易氧化发黑、披锋大等问题,并且在作业过程中受设备和人员操作影响因素较大,易出现焊片脱落、焊脚电池电压下降等影响安全性问题。因此,电阻焊不再适用于有着高质量要求的新型纽扣电池的加工。

新型纽扣电池在加工过程中一般是将其应用于电路板上,需要在其表面焊接引脚。针对不同电路板的需要,焊接引脚的形式往往各种各样,同时,新型纽扣电池焊脚较为复杂,电阻焊工艺专业性不强,针对现有的电阻焊接技术无法满足新型纽扣电池的高质量焊接要求,众多纽扣电池生产商将目光投向激光焊接技术。

联赢激光:纽扣电池激光焊接应用解决方案.jpg

激光焊接技术能够满足纽扣电池的加工技术多样性,例如异种材料(不锈钢、铝合金、镍等)焊接、不规则的焊接轨迹、优秀的焊接外观,牢固的焊缝、更细致的焊接点以及更精准的定位焊接区域等。不仅如此,激光焊接还能使产品的一致性高并且降低对电池的伤害性,避免原料的浪费。而联赢激光早在2015年就已经涉足纽扣电池的激光焊接加工事业当中并持续至今。

联赢激光:纽扣电池激光焊接应用解决方案.jpg

联赢激光是具有国际领先水平的精密激光焊接设备及自动化解决方案的主要供应商之一。联赢激光凭借多年在纽扣电池激光焊接工艺的实战经验,已将纽扣电池焊接工艺从传统的电阻焊升级到如今的激光焊。其工艺优势如下图所示:

联赢激光:纽扣电池激光焊接应用解决方案.jpg

为应对如今电子产品的高速发展从而需求量大增的新型纽扣电池市场,联赢激光早已陆续开发了纽扣电池双工位极耳焊接台、纽扣电池镍片自动焊接台、纽扣电池验电贴标机、纽扣电池钢壳与镍片焊接设备等,同时也为多个生产纽扣电池的企业提供了各类纽扣电池引脚焊接打样、激光器和自动化焊接设备方案等。以下是联赢激光纽扣电池生产加工部分方案案例:

联赢激光:纽扣电池激光焊接应用解决方案.jpg

联赢激光:纽扣电池激光焊接应用解决方案.jpg

联赢激光:纽扣电池激光焊接应用解决方案.jpg

联赢激光:纽扣电池激光焊接应用解决方案.jpg

除以上纽扣电池设备外,联赢激光更有纽扣电池自动焊接组装线,该产线可实现自动供料、自动检测分拣,并通过机械手结合激光设备进行纽扣电池焊接、组装、贴合及全自动电性检测的全自动生产功能,能够实现纽扣电池的高质量、规模化、柔性化生产。公司纽扣电池设备采用模块化设计、专业化设计,兼容性强、效率高、成本低、定制周期短,可实现快速交付。


来源 : 电池百人会-电池网 发布时间 : 2020-04-03

利用激光脉冲快速产生强磁场的新思路

来自渥太华大学和加拿大国家研究委员会的一组研究人员共同开发了一种使用激光脉冲产生快速强磁场的新方法。在《Physical Review Letters》上发表的论文中,研究人员描述了他们的新技术及其使用方式。

在过去的几年中,磁场在包括医学在内的许多研究领域中变得越来越重要。但是,快速产生强磁场的方法一直滞后。在这项新的努力中,研究人员找到了一种方法来解决之前产生的问题。

这项新的工作建立在使用激光来加快该过程的研究基础上,这些实验通常用于将等离子体中的电子推向一个环路,但是这种设备需要非常强大的激光,这些激光只能在少数几个研究地点使用。另外,在之前使用激光器的过程中,研究人员将其激光器配置为气体中的光学涡旋。研究人员通过这项新的努力提出了方位矢量激光束。在这样的系统中,电场线应采取围绕中心束轴的圆形。该系统在该区域的环形部分中强度最高。这应该允许在环周围发送电子,从而在电子束方向上产生磁场。研究人员的想法还引入了第二个激光器,其频率调谐为第一束激光的两倍。这改变了过程的时间,使电场在其峰值处移动。

仿真结果表明,如果使用11.3焦耳的主激光脉冲,并添加1.9微焦耳的倍频脉冲作为第二个激光器,则该系统将能够在50飞秒内打开8特斯拉场。研究人员指出,这种设置可以在典型的实验室环境中使用,尽管他们可能会破坏正在研究的磁性样品。他们认为,可以通过将样本移到远离磁场的位置来减少这些问题。他们进一步建议,根据他们的想法建造的设备可以用于需要快速开关的光电设备。

论文标题为《 Tesla-Scale Terahertz Magnetic Impulses》。


来源 : 科技报告与资讯 发布时间 : 2020-03-30

上海光机所在微纳多色激光研究领域取得重要进展

近日,中国科学院上海光学精密机械研究所微结构与光物理研究团队与南京晓庄学院、中科院上海高等研究院等研究机构合作,在微腔调制宽带可调谐激光研究领域取得重要进展。实现一种新型宽带隙可调谐CsPbCl3-3xBr3x纳米线状微腔,并利用密度泛函理论与动力学实验解析了该材料离子交换的动力学特征及其内在化学机理,基于微腔规则的几何结构及宽带隙调节特性,在单个微腔上成功实现高品质、宽带可调谐微纳激光输出。相关成果于3月1日发表于国际著名期刊《纳米能源》(Nano Energy)。

具备宽带可调谐特性的纳米线微纳激光光源在微型光电子器件方面具有重要应用前景。但是,受制于纳米线的窄增益区间,现行研究大多依赖于单个器件上集成多根纳米线实现宽带可调谐激光输出,这极大地阻碍了光电子器件的进一步小型化和集成化。近年来,由于其具备吸收系数高、荧光产率高、光谱调谐范围大等特性,钙钛矿材料备受关注。诸多研究表明,相比于传统光学材料,钙钛矿纳米线微纳激光具备高品质、低阈值、宽带可调谐特性。然而,受制于钙钛矿材料柔软的晶格特性,单根钙钛矿纳米线很难实现宽带可调谐激光输出。因此,需要探索新的制备方案和机理,以优化钙钛矿纳米线的形貌结构、晶体质量以及增益区间,从而实现宽带可调谐的微纳激光输出。

在该项研究中,研究人员首先通过改进的化学气相沉积技术制备了高质量钙钛矿纳米线状微腔,然后基于阴离子固相迁移反应在单根纳米线上成功实现了宽带隙可调荧光发光。结合密度泛函理论,研究人员解析了钙钛矿纳米结构中阴离子迁移的原子路径,揭示了离子迁移的基本过程并阐明其离子迁移的来源——小的离子迁移激活能,为材料离子迁移、相分离及光学性质的研究奠定了坚实的理论及实验基础。动力学实验进一步佐证了理论结果,随着反应时间的变化,单根纳米线历经三个主要过程:首先,由发光一致的纳米线逐渐变化为带隙可调纳米线;然后,纳米线整体带隙可调,但是其带隙随着反应时间增加而减小;最后,纳米线被整体同化,转化为发光一致的纳米线,但整体发光波长较开始阶段红移。实现的纳米线状微腔具备规则的几何结构、光滑的表面及宽带可调谐特性,可同时作为增益介质及光学微腔,进而实现单根纳米线宽带可调谐激光输出,实验上成功获得了480-525 nm的宽带可调谐微纳多色激光。

该项研究解析了钙钛矿纳米结构中离子迁移的原子路径、基本过程、动力学特征及化学机制,并利用单根纳米线状微腔实现了宽带可调谐激光输出,为分析钙钛矿材料离子迁移与光电性能的联系等提供了坚实的理论及实验基础,进一步推进了高品质宽带可调谐微纳多色纳米激光器的研究进展。

相关工作得到了国家自然科学基金委、上海市青年拔尖等项目的支持。

 

来源 : ​科技日报 发布时间 : 2020-03-30

返回顶部