7kW轴快流CO2激光器的热平衡分析及换热器设计

为了解决高功率轴快流CO2激光器设计中的主要问题——清除激活区热量,采用对流冷却的方法,分析了高功率轴快流CO2激光器的内部循环热交换过程,建立了热量的平衡方程;同时针对高功率激光器热负荷量大、总体结构受限、风机特定的工作特点,分析比较各类换热器的换热特性并最终选择结构紧凑、换热系数高、流阻小的矩形翅片圆管束换热器作为激光器的散热部件,最后针对研制中的7kW轴快流CO2激光器进行了换热器的设计和换热计算,得到可以实现37.4kW的换热量的结果。结果表明,选用的换热器能满足所设计的轴快流CO2激光器的换热要求。     

高功率轴快流CO2激光器的数值模拟进展

综述了国内外高功率轴快流CO2激光器数值模拟的研究进展。分别从理论方程、计算方法、计算结果3方面对已有的数值模拟进行了比较和分析,重点探讨了理论模型的组成形式、物理意义和近似条件,分析了不同计算方法的优缺点,列举了不同计算结果得出的激光器性能和参量之间的关系。最新结果表明,轴快流量激光器的性能和输出与放电管的结构,电极结构,管内的温度场、速度场、压力场和湍流状态等参量分布都有关。依据轴快流CO2激光器和计算机技术的发展,提出了轴快流CO2激光器数的数值模拟未来需要改进的方向,进而对基于新的计算平台的数值模拟结果在激光器的优化和设计方面的应用前景进行了展望。     

高功率轴快流CO2激光器控制系统的研制

为了提高高功率轴快流CO2激光器的稳定性和智能化程度,以满足激光加工的需要,采用可编程逻辑控制器和尾镜取样功率稳定技术,研制出了以西门子可编程逻辑控制器为核心的高功率轴快流CO2激光器控制系统,并在4kW轴快流CO2激光器上进行了实验验证,取得了气压稳定度、功率稳定度、放电波形以及激光模式等实验数据,气压波动小于±50Pa,功率稳定度达到±0.1%,并可实现连续、脉冲、超脉冲放电。结果表明,该套控制系统可以满足高功率轴快流CO2激光器的控制需求,提高了高功率轴快流CO2激光器的稳定性和智能化程度。     

高功率轴快流CO2激光器气体循环系统的研究进展

为将高功率轴快流CO2激光器放电过程中产生的大量热最带走,保持放电区气体温度接近常温,更利于激光器稳定运行,对于气体循环系统的优化设计至关重要.先就其气体循环系统组成及重要性进行阐述,后对其各个组成方面的研究发展进行综述,并对已有的模型建立以及数值模拟的发展进行综述,并运用计算流体动力学方法对气体流场进行数值模拟,通过对模拟结果分析得到对气体循环系统进行优化设计的方向,最后对课题组已经进行的一些工作进行阐述.     

美国海军订购机载水雷探测激光雷达系统

华中科技大学激光工程与技术研究院的“4．0kW轴快流CO2激光器”项目已通过教育部专家的鉴定。鉴定委员会认为，该项目成果达到了国际先进水平。该激光器的研制成功标志着我国高功率轴快流CO2激光器实现了从技术引进到自主研发的跨越，标志着我国从此拥有研发高功率等级轴快流CO2激光器的能力。     

直流激励轴快流CO2激光器非正常放电研究

以NEL-A系列直流激励轴快流CO2激光器为例,研究谐振腔非正常放电问题。通过化学实验的方法验证了谐振腔内主要腐蚀物为碱式碳酸铜,运用物理和化学理论分析了腔内碱式碳酸铜的成因及其影响谐振腔放电的微观机理。实验结果证明,腔内主要腐蚀物碱式碳酸铜是造成激光器谐振腔湍流放电功率下降的主要原因。该结论可作为直流激励轴快流CO2激光器谐振腔和气体单元改进设计的参考,同时也为设备现场维护提供了一条新的途径。     

轴快流CO_2激光器预电离设计

为了解决轴快流(FAF)CO2激光器的大体积和高气压所产生的等离子体放电不稳定问题,设计了相应的预电离装置。预电离装置安装在激光器放电管外,预电离电极由激光器放电管阳极和与其相距35 mm的铜环组成。预电离电路由多谐振荡器、RC充放电电路和可控硅构成,放电频率范围为10~20 k Hz,其目的是产生固定频率下尽可能高的初始电子密度,以降低激光器着火电压。实验结果表明:该预电离装置使激光器最大点火电压降低1.69 k V,小功率输出电压波动降低2.6 k V,能够满足轴快流CO2激光器的预电离要求,是提高激光器放电稳定性的一种有效方法。     

国产新一代开关电源激励高功率CO2激光器面向世界市场

本期封面刊登的是我公司最新的开关电源激励、轴快流CO2 激光器。众所周知 ,南京东方激光公司与世界上最大的工业CO2 激光器制造商 -德国Rofin -Sinar公司有着长期友好的合作关系。东方公司两次引进了Rofin公司的制造技术。第一次在上世纪九十年代中期 ,引进了其工频激励的轴快流CO2 激光器制造技术 ,称为DC技术(三相高压变压器直流电源激励、电子管控制放电 ) ,推出了 70 0W、12 0 0W、15 0 0W、170 0W、2 0 0 0W及2 5 0 0W器件 ,已向国内外用户销售了 15 0多台。2 0 0 4年初 ,又第二次引进Rofin公司更为先进的开关电源激励的CO2 …     

高功率轴快流CO2激光器激励源热沉结构优化设计

为了提高激励源的热稳定性,保证4kW轴快流CO₂激光器的光束质量,采用计算流体动力学的方法,理论分析了激光器激励源热沉的散热机理,对热流密度为106W/m2、面积为16cm2的激励源热沉结构进行了优化设计。结果表明,经过优化之后的热沉其表面的最高温度低于340K,完全能够满足激光器正常工作时激励源核心功率MOSFET对散热指标的要求;同时经过数值模拟得到了带凹槽微通道热沉的优化结构尺寸,分别是微通道凹槽间距P=0.6mm,微通道凹槽倾角θ=45°,微通道凹槽交错距离s=0.1mm,同时当雷诺数Re=546.9时,热沉有最优的散热效果,激光输出功率的稳定度可以控制在±2%以内。此研究为设计具有高效散热能力的微通道热沉提供了理论指导。     

高功率轴快流CO_2激光器气体压力控制

在采用轴快流 CO2 激光器进行激光切割过程中 ,保证工作气体压力工作在最佳状态并保持其恒定 ,是激光器输出连续、稳定功率的必要条件和关键技术之一。本文采用带积分分离的智能 PID控制算法对工作气体压力进行调节。该过程控制算法简单实用 ,实验证明有效地提高了气体压力控制精度 ,改善功率控制精度和稳定性     

高功率CO_2激光器热平衡分析及热交换器换热计算

针对研制的千瓦级快速轴流高功率CO2 激光器的内部循环热交换工作过程 ,建立了热量的平衡方程 ;针对激光器工作的特点 ,比较分析了几类热交换器的关键技术要求 ;选择矩形翅片圆管束热交换器作为激光器的散热部件 ,并进行了换热计算。经选定参数计算 ,结果表明所选用的矩形翅片圆管束热交换器能够满足激光器的换热要求。     

轴快流CO2激光器翅片管换热器强化换热研究

为了解决厚板切割领域中高功率轴快流CO₂激光器翅片管换热器压力损失大、传热效率低的问题,采用计算流体力学软件ANSYS分析了3种涡流发生器的换热特性,并对换热性能更佳的梯形小翼涡流发生器的形状、长度、高度和安装角度进行优化设计;通过一个开环的风洞实验平台验证了数值模拟数据的可靠性。结果表明,长度11mm、高度2.6mm的梯形小翼涡流发生器采用30°迎角渐缩方式布置时换热性能最佳,在雷诺数为600~1600范围内,和没有安装涡流发生器相比,梯形小翼涡流发生器的努塞尔数Nu提高了8%~22%,摩擦因子上升了16%~27%;8h稳定输出功率4216W,比额定输出功率高出5.4%。该研究提高了CP4000系列激光器的厚板切割能力。     

轴向流动激光放电管温度场的解析分析

从能量守恒定律出发 ,分析了快速轴向流动激光器放电管中的传热情况。采用微元分析法建立了快速轴向流动激光器放电管的热能平衡方程。根据实际器件放电管的工作气体流场 ,进行了合理的数学物理处理 ,并应用热传导的物理边界条件 ,求出了热能平衡方程的解析解 ,得出了实际器件放电管横截面内的工作气体温度分布公式及温度分布曲线。     

轴快流CO2激光器中温升的研究

本文利用能量一级近似模型，分析研究了轴快流CO2激光器中的气体温升，获得了与实验相符的结果。提出在轴快浇CO2激光器中，气体快速流动不仅可获得较大的热容量液，而且在放电过程中还可以将部分热能转化成气流本身的动能，从而减小气体的温升。定量地给出了气体温度与放电功率、热容量流和气流速度的关系式。     

高功率TEACO_2激光器主机流场优化研究

为提高TEACO2激光器放电区气流分布均匀性,解决手工计算方法无法对复杂流场进行全面准确分析的问题,采用计算流体动力学（CFD）方法,应用Fluent软件对激光器主机流场进行计算模拟,分析确定了影响因素。通过对流场进行优化改进,使放电区气流分布不均匀度纵向由8.3%降低到5.2%,横向由2.3%降低到0.78%,从而使激光器稳定放电重复频率由330Hz提高到405Hz。     

射频(RF)激励CO_2激光器激励方案选择的几个问题

分析了单一电子管式RF源并行多段激励方案与固态RF源多源多段分别激励方案的不同特点及其对快轴流CO2激光器运行所带来的影响。     

轴快流CO2激光器气体压力控制

激光切割对激光功率模式、功率密度和功率稳定性要求很高,采用轴快流CO2激光器时,控制工作气体压力工作在最佳状态并保持其恒定是激光器输出连续、稳定功率的必要条件和关键技术之一。在深入研究激光器工作原理和影响激光输出功率因素的基础上,采用带积分分离的智能PID控制算法对工作气体压力进行调节。该过程控制算法简单实用,可以有效地提高气体压力控制精度,改善功率控制精度和稳定性,并用实验加以验证。