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期刊简介
期刊名称： 应用激光
创办日期：1981年
主管部门：上海科学院
主办单位：上海市激光技术研究所有限公司
刊期： 月刊
电话：021-64700560-1105
021-64516313
E-mail：yyjg@laser.net.cn
国内统一刊号(CN)：31-1375/T
国际标准刊号(ISSN)：1000-372X
激光功率对27SiMn合金表面制备铁基合金熔覆涂层性能的影响
曹成铭;张若兰;任中华;刘鹏;白凯;朱合伟;液压支架立柱长期处于潮湿、多飞溅工作条件下，极易发生腐蚀和磨损，严重影响其使用寿命。为增强液压支架立柱表面耐磨及耐蚀性能，延长液压支架的服役周期，采用激光熔覆成型技术，在液压支架立柱材料27SiMn合金表面制备不同激光功率作用下的铁基熔覆涂层，分析不同工艺参数对铁基熔覆涂层表面性能的影响规律。结果表明，受激光功率的影响，铁基熔覆层表面形貌呈现出逐渐优化后逐步裂化的趋势；稀释率呈现出逐渐增大的状态，37.6%～40.8%范围内的稀释率表面质量最佳；同种功率作用下，层深方向显微硬度呈现先增大后减小的趋势；此外，表面残余应力在固定的激光熔覆工艺参数下，主要为残余压应力，且随激光功率的增加不断增大，当残余应力超出自身的屈服极限，大量裂纹随之产生。综合各方面的性能，在1 800～2 200 W功率作用下制备的铁基熔覆涂层表面性能最佳，表现出良好的表面形貌、充足的稀释率以及较高的显微硬度。该研究为液压支架立柱表面的耐蚀涂层制备提供了有效的理论及试验参考。
球墨铸铁表面激光熔覆工艺优化及形貌预测模型研究
慕松;袁佳程;阴佳琦;韩帅;王璟鹏;球墨铸铁表面激光熔覆层形貌是多输入多输出耦合控制的结果，但相关研究在熔覆层形貌及多目标优化方面仍相对缺乏。提出一种响应面法与多目标粒子群算法相结合的激光熔覆工艺参数优化方法。设计三因素三水平正交实验，并采用响应面法建立工艺参数与熔覆层形貌指标的数学模型，以激光功率、扫描速度和送粉速率为输入变量，以熔覆层高度和润湿角为指标，结合多目标粒子群优化算法，同时优化两个熔覆层形貌指标，并对预测精度进行了分析。研究结果表明，熔覆层形貌受多个工艺参数相互作用影响，熔覆层高度与送粉速率和激光功率呈正相关，但与扫描速度呈负相关；润湿角与激光功率和扫描速度呈正相关，但与送粉速率呈负相关。因此，利用多目标粒子群算法同时优化预测熔覆层高度和润湿角，使得润湿角预测误差小于8%,熔覆层高度预测误差小于10%,有效控制熔覆层形貌，抑制界面白口化，使熔覆层硬度控制在450 HV以内。研究结果为球墨铸铁表面激光熔覆层形貌预测提供了理论参考依据。
激光熔丝铝合金单层单道的熔滴过渡过程研究
林泓辰;张英乔;李志勇;魏守征;采用单因素试验方法，进行不同激光功率、扫描速度和送丝速度的单道单层激光熔丝沉积试验，并用高速摄像系统记录试验过程。研究工艺参数对5356铝合金激光熔丝的熔滴过渡与熔池形态、沉积层成形的影响规律。试验结果表明，激光功率1 200 W及以下时，改变扫描速度及送丝速度，熔滴过渡均由液桥过渡主导；激光功率达到1 300 W时转变为熔滴式接触过渡。液桥过渡更加稳定，对整体尺寸约束性好，熔滴式接触过渡润湿性更好。激光功率决定了热输入大小，功率为1 200 W时，熔宽较1 100 W时增大了约26.1%,功率提升至1 300 W时，熔宽较1 100 W时增大了约30.5%,熔深成倍增长。扫描速度增大加大了熔池中心与边缘的温度梯度，马兰戈尼效应使熔池尺寸整体变小的情况下，表现出了更好的润湿性。增大送丝速度使单位距离内送丝量提升，熔宽、熔全高变大，润湿角减小。
送丝速度对700L钢激光-电弧复合焊接头组织与性能的影响
任志国;刘志国;夏明生;刘立学;赵光;彭云;赵琳;高强度大梁钢焊接过程中，易出现焊缝区冲击韧性低、热影响区软化等问题。研究送丝速度对700L钢激光-电弧复合焊接接头显微组织与力学性能的影响，分析了焊接热影响区软化行为。结果表明，焊缝组织主要为板条贝氏体、针状铁素体和粒状贝氏体，粗晶区组织为板条贝氏体和粒状贝氏体，细晶区组织为铁素体和少量贝氏体，不完全重结晶区组织为不均匀的铁素体和贝氏体；软化区位于靠近母材的焊接热影响区，在焊接热循环的作用下，软化区M-A组元易分解，硬度降低。随着送丝速度的增加，热输入增加，焊缝区韧性降低，拉伸易于软化区失效，降低送丝速度可减弱或抑制软化，提高焊缝区韧性，当送丝速度为5.5 m/min时，焊接接头具有良好的强韧性。
激光功率对钢/铝焊接接头组织与性能的影响
柳帅;蔡得涛;刘伟清;王昱征;罗子艺;采用激光-MIG复合焊接的方法获得不同激光功率下熔焊接头。通过扫描电镜、万用拉伸机、维氏显微硬度计等设备分析研究不同激光功率对钢/铝熔焊接头显微组织及力学性能的影响。结果表明，接头不同区域显微组织主要由FeAl3和Fe_2Al5组成，FeAl3相含量升高导致力学性能降低。当激光功率为1 500 W时，熔焊接头组织主要由胞状IMCs及针状IMCs组成，焊接区组织与铝母材相容性良好，接头最高硬度达到824.4 HV,接头断裂区域位于Fe_2Al5和FeAl3交界处。
基于激光扫描的钢箱梁边界识别和施工控制
提衍征;高磊;李孟;孟祥伦;靳壮壮;张峰;钢箱梁拼装和顶推施工中面临结构变形受环境和荷载工况影响大、干扰拼装,传统方法进行拼装、顶推位姿探测困难,校核工期长,且易出现测量错误导致工期延误等问题。采用三维激光扫描技术进行钢箱梁的边界识别和施工控制,提出基于随机采样一致性(random sample consensus,RANSAC)的钢箱梁结构线快速提取方法,进行不同扫描模式下点云精度分析,分析温度和应力状态对钢箱梁变形的影响,构建了钢箱梁虚拟拼装、拼装和顶推过程综合测控方法。结果表明,采用基于随机采样一致性(RANSAC)的方法,能够精准地提取钢箱梁结构线,边界线与点云边界的精度偏差均在1 mm以内;温度变化和应力状态影响钢箱梁变形,尤其应注意焊接残余应力与钢箱梁温度应力的综合作用;采用三维激光扫描技术进行钢箱梁虚拟拼装、实时监测和顶推控制,可以提前识别待拼装面缺陷、高效地获得待拼装面空间坐标信息,从而校正钢箱梁空间姿态,提升顶推线形控制精度,工程应用效果较好。
光动力疗法辅助一次性根管治疗前牙窦道型根尖周炎的疗效研究
李响;邹强;李娜;荆瑶;张堃;目的:研究光动力疗法(photodynamic therapy,PDT)辅助用于一次性根管治疗前牙窦道型根尖周炎的临床疗效。方法:选取前牙窦道型根尖周炎患者120例,随机分为对照组和观察组,每组60例。对照组采用常规一次性根管治疗法。观察组在根管充填前增加PDT照射并处理窦道,比较两组治疗后效果,治疗后48 h疼痛程度、平均窦道愈合时间及一年后疗效。结果:观察组术后48 h疼痛度低于对照组(P<0.05),平均窦道愈合时间短于对照组(P<0.05),一年后疗效无显著差异(P>0.05)。结论:PDT辅助一次性治疗前牙窦道型根尖周炎具有显著的临床疗效,可减轻患者术后疼痛,缩短窦道愈合时间,但在一年后的疗效中并没有显现出明显的优势。
高速气流下激光辐照多场耦合分析方法与热力响应研究
曹鑫;刘欣;洪少尊;田保未;罗新福;钱丰学;贾晓东;研究高速气流条件下激光辐照的热力响应具有重要的理论意义与工程价值。从传热学、力学等基本物理方程出发,建立了激光与高速气流联合作用下的流-热-固多场耦合分析方法,并以薄壁结构为研究对象,开展了高速气流(马赫数0.8～3)和激光(500 W～4 500 W)联合作用下飞行目标模型的热力响应特性探究。研究结果表明,当高速气流从激光辐照区域流过时,气流会带走部分辐照产生的热量,产生气动冷却效应,且随着马赫数的增加,气动冷却效应有所增强;气动冷却效应的存在,将引起激光载荷辐照区域随着流线方向温度呈现不对称分布,形成尾迹影响区,这是由于气流流过材料表面时被加热,其对流换热能力下降,因此辐照区域下游处相对于对称位置的上游处其温度更高;不同马赫数下等效应力随辐照时间的演化规律呈现出一定的差异性,主要是不同马赫数下热应力与气动作用力两种应力产生机制占比变化而导致的。
高温工作VCSEL温度控制算法研究
李旌琛;王伟;张星;李红旭;刘全普;针对高温垂直腔面发射激光器(vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)在量子精密测量中的应用,比较了电热仿真结果和实际的封装测试数据,得到高温VCSEL的温控系统函数。研究微型半导体热电冷却器(thermoelectric cooler,TEC)在集成管壳封装(transistor outline,TO)中的不同工作模式特性。为解决量子精密测量等器件中的高温气室带来的温度扰动和控制振荡问题,通过自适应模糊比例积分微分(proportional-integral-derivative,PID)算法实现对高温VCSEL的温度控制。采用粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)优化自适应模糊PID的参数和增益系数,搭建实验平台测试了算法优化结果,在解决过冲和扰动振荡问题的同时将传统算法的温控精度提高到0.02℃。
基于选择性激光熔化成型负泊松比结构在电池包防护中的应用
王宇杰;黄鸿;杨永泰;为提升电动汽车动力电池包在底部碰撞工况下的防护性能,提出并设计一种基于选择性激光熔化成型工艺的三维体心增强型负泊松比结构。该结构在构型设计中融合负泊松比单胞特征与体心增强机制,并采用参数化建模构建点阵结构模型。结合有限元仿真与准静态压缩实验,系统研究其在静态压缩和动态冲击载荷下的力学响应与能量吸收特性。进一步对比分析该结构与典型三维负泊松比结构及传统均质防护板在应力-应变行为、单位体积能量吸收、侵入深度及最大等效应力等方面的性能差异。结果表明,在等体积分数和等质量条件下,该新型结构的弹性模量与屈服强度分别提升18.2%与17.1%,单位体积能量吸收能力提高69.9%。在动态冲击模拟中,其最大侵入深度、水冷板等效应力与冲击持续时间均显著低于对比结构,防护效果明显增强。研究结果验证了该结构在缓解冲击载荷、延缓失效及优化应力分布方面的优势,为基于选择性激光熔化成型工艺的电池包轻量化防护结构设计提供了有效的工程策略,具有良好的应用前景。
激光熔覆技术研究现状及其发展
王东生;田宗军;沈理达;黄因慧;在简要阐释激光熔覆技术工作原理和技术特点的基础上,介绍了激光熔覆材料体系、工艺种类、工艺参数和涂覆层微观组织结构,另外讨论了激光熔覆技术所面临的主要问题,并提出了激光熔覆技术的发展趋势。重点介绍了所做的一些相关工作:激光熔覆MCrAlY涂层、激光熔覆纳米涂层、激光熔覆过程中热力耦合有限元数值模拟、激光熔覆过程裂纹形成机理及控制、激光熔覆纳米陶瓷颗粒增强金属基梯度涂层以及激光多层熔覆大厚度纳米热障陶瓷涂层成型控制等。
激光直接制造金属零件过程的闭环控制研究
宁国庆,钟敏霖,杨林,刘文今,陈艳霞,李凤生对激光直接制造金属零件过程中熔池温度和熔覆层厚度的变化进行了研究,指出对确定的材料,当激光功率增大到一定值时,熔池内的金属溶液大多已达到了热饱和,温度累积效应并不显著,熔池温度基本保持平稳,而在制造过程中若零件由于工艺不稳定而产生凹凸点,在多次层叠制造后,凹处越凹、凸处越凸,严重影响零件的制造精度。所以通过传感器来直接监测金属零件的熔覆高度,进而通过控制送粉量来保证制造过程中熔覆高度的稳定性比起温度控制来更具有实际意义。提出了熔覆高度的检测方案,并对送粉量的闭环控制系统进行了研究,对送粉量的时间延迟提出了相应的对策。结果表明对熔覆层高度的检测和对送粉量的调节能够提高激光直接制造过程的稳定性和制造精度。
高强铝合金激光焊接新进展
肖荣诗,陈铠,左铁钏本文结合作者多年的研究工作,论述了高强铝合金激光焊接的特点和难点,介绍了采用填充焊丝和填充粉末的高强铝合金的激光焊接技术,对比了CO2和YAG激光焊接高强铝合金的工艺,讨论了双光束激光焊接和“激光+电弧”的复合焊接工艺,最后介绍作者发明的采用辅助电流的高强铝合金激光焊接技术。
金属粉末选区激光熔化成形过程温度场模拟
姚化山;史玉升;章文献;刘锦辉;黄树槐;利用ANSYS有限元软件对选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形过程的三维瞬态温度场的分布变化进行了数值模拟;在考虑材料的热物性参数随温度变化和相变非线性行为的情况下,建立了选择性激光熔化(SLM)的三维温度场有限元模型;并利用ANSYS参数化设计语言(APDL)实现了激光高斯热源的移动加载。模拟结果表明:随着扫描时间的增加,由于热积累效应,熔池的温度越来越高,热影响区也随之增大;熔化成形过程中,光斑中心的前端存在较大的温度梯度;扫描速度小,容易造成液相的流动,出现孔洞,扫描速度过大,则粉末不能完全熔化;模拟得到的结果与实验结果相吻合。
CO2激光-MIG复合焊接射滴过渡的熔滴特性
雷正龙,陈彦宾,李俐群,吴林本文以 5 .0mm厚LF6防锈铝合金板为试验材料 ,进行了CO2 激光 -MIG电弧射滴过渡的旁轴复合焊接试验。试验结果表明 ,在激光锁孔效应下 ,CO2 激光 -MIG复合焊接铝合金不仅具有在较宽的参数范围内焊缝成形美观 ,熔深熔宽增加 ,无气孔等优点 ;而且还发现 ,与单MIG焊接的熔滴过渡特性相比 ,复合焊接过程中一方面由于激光能量和激光锁孔效应产生的大量金属等离子体对熔滴的热辐射作用 ,促进了熔滴过渡 ;另一方面由于激光等离子体对熔滴的吸引力和金属蒸气对熔滴的反冲力又阻碍了熔滴过渡 ,两者综合作用改变了熔滴过渡方式和过渡频率。在此基础上 ,通过对复合焊接过程中焊接电流和电弧电压波形以及熔滴过渡特征的分析 ,进一步研究了激光功率、激光与电弧的作用位置以及激光束离焦量对复合焊接过程中熔滴过渡频率的影响规律。
激光熔覆技术研究现状及其发展
王东生;田宗军;沈理达;黄因慧;在简要阐释激光熔覆技术工作原理和技术特点的基础上,介绍了激光熔覆材料体系、工艺种类、工艺参数和涂覆层微观组织结构,另外讨论了激光熔覆技术所面临的主要问题,并提出了激光熔覆技术的发展趋势。重点介绍了所做的一些相关工作:激光熔覆MCrAlY涂层、激光熔覆纳米涂层、激光熔覆过程中热力耦合有限元数值模拟、激光熔覆过程裂纹形成机理及控制、激光熔覆纳米陶瓷颗粒增强金属基梯度涂层以及激光多层熔覆大厚度纳米热障陶瓷涂层成型控制等。
激光增材制造316L不锈钢熔覆层残余应力的数值模拟研究
龚丞;王丽芳;朱刚贤;宋天麟;为了探究激光增材制造熔覆层残余应力分布,减小残余应力对零件性能的影响,采用ANSYS软件建立了单层熔覆模型,对其温度场和应力场进行了分析,研究了激光增材制造熔覆层截面轴向方向和水平方向残余应力的分布规律。结果表明,残余应力主要体现在轴向方向,且轴向方向的残余应力主要表现为拉应力,随熔覆层深度增加拉应力先增大后降低趋势,其最大拉应力为位置处在距离基材0.2mm处。与现有文献实验结果一致,验证了该模型的正确性及可靠性,为调控或降低残余应力的工艺参数优化选择提供指导。
激光增材制造(3D打印)制备钛合金的微观组织研究
邹涛;张敏;陈长军;李洋;刘星;吴志方;Ti6Al4V合金作为医用人工关节材料,具有生物相容性好、综合力学性能优异、耐腐蚀能力强等优点,但现有的制备技术制约了其在生物临床医学应用方面的推广和应用。采用激光增材制造(3D打印)技术制备Ti6Al4V合金,并对其微观组织演变规律进行了研究。研究结果表明,多孔Ti6Al4V合金的微观组织由贯穿多个熔覆层且呈外延生长的粗大柱状晶组成,柱状晶的生长方向沿着堆积层的方向生长,由于温度梯度的影响,远离基材区域的晶粒尺寸大于靠近基材区域的晶粒尺寸,原始柱状晶的内部微观组织由细针状"相马氏体组成。
轻合金构件激光增材制造研究现状及其发展
王霄;王东生;高雪松;沈理达;顾冬冬;田宗军;金属构件激光增材制造技术是三维打印技术研究的热点,其比较成熟的制造工艺包括激光熔化沉积技术和激光选区熔化技术。轻合金以其优良的综合性能而广泛应用于航空航天、医疗等行业,因此与其相关的激光增材制造技术已经成为国内外竞相开展的重要研究方向。在介绍以钛合金和铝合金等轻合金激光增材制造研究现状的基础上,分析了其存在的主要问题,并讨论了现阶段国内研究的部分热点及其发展趋势:专用粉末研发、基础理论研究及高效、高性能构件制造等。
激光冲击强化技术研究与应用现状
赵绪杰;马永新;张增焕;张瑄珺;刘钊鹏;杨文杰;激光冲击强化是一种利用激光束对金属材料表面改性的表面强化技术，能够改善材料表层微观组织，产生加工硬化和一定深度的残余压应力，有效提高材料疲劳性能、延长材料服役寿命。介绍了激光冲击强化的技术原理，综述了激光冲击强化技术的工艺参数、数值模拟和主要应用研究，并就该技术后续研究与发展进行了展望。
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