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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
常规/高速激光定向能量沉积TC4的热输运与凝固特征数值分析
郑黔;吴家柱;张宏伟;胡敏;肖杰;高速激光定向能量沉积(high-speed laser-directed energy deposition, HL-DED)的低热输入和高冷却速率有利于解决常规激光定向能量沉积(conventional laser-directed energy deposition, CL-DED)在晶粒调控方面的不足,进而获得期望的材料性能。但是,有关热输运、凝固特征及它们之间的量化映射关系的工艺机理尚不完全清楚。研究建立考虑固/液相变、气/液界面生长等重要物理过程的L-DED热-冶金三维数值模型,通过实验验证模型预测的TC4熔道尺寸和热影响区(heat-affected zone, HAZ)尺寸。比较研究CL-DED和HL-DED制备TC4合金时的温度和凝固组织特征。结果表明,相较CL-DED策略,HL-DED策略能够更快地使熔池达到准稳态温度,缩短发生非稳态凝固条件的熔道长度,提高凝固界面的凝固速率和平均冷却速率,减小凝固界面的形态因子。随着熔池深度的减小,HL-DED策略下的晶粒形态从全柱状晶逐渐向柱状/等轴混合晶、全等轴晶转变;而CL-DED策略下的晶粒形态则从全柱状晶逐渐向柱状/等轴混合晶转变,但未发生全等轴晶区转变。
基于选区激光熔化工艺的一体化钻头设计与制造
尹佳伟;华昺力;杨发荣;郭强;张琦;目前的土壤检测探头存在结构装配关系复杂、线路气接头震动松动等问题,使用增材制造的方法可以较好地优化探头的结构并进行一体化制造。因此,根据土壤污染检测钻具的功能要求,研制一种可装配加热集气单元的新型结构钻头,设计集气与加热单元,并在COMSOL中设计土样加热模型,开展加热过程仿真,之后选用GH4169粉末作为探头的制备原料,采用选区激光熔化技术进行增材制造工艺实验。温升模拟结果与实测值的平均误差为9.54%,温度差在可接受的范围之内,证明了加热功率的合理性,水平打印、打印激光能量密度为86.42 J/m3时的工艺参数较适合钻头的制造。最后,打印制造一体化钻头,加热集气测试满足设计要求,为我国检测场地污染采样钻头设计与制造提供了一种新方法。
基于改进MobileViT网络的焊缝激光条纹分割
李维刚;李一恒;田志强;赵云涛;实时焊缝跟踪时弧光、飞溅、烟尘等噪声对图像造成了严重的污染,进而影响了焊缝激光条纹特征点的定位。为滤除激光图像中的噪声,提出一种基于改进MobileViT网络的焊缝激光条纹分割模型。模型采用编码器-解码器结构,并使用MobileViT作为模型的主干特征提取网络。首先,为轻量化网络,在编码器部分使用PConv(partial convolution)模块代替部分标准卷积模块;其次,针对弧光、飞溅、烟尘等噪声对图像的污染,嵌入轻量型空间注意力增强残差块(LSAM)加强对焊缝激光条纹区域的特征提取,并且在网络跳跃连接部分嵌入高效注意力(EAG)模块,增强不同层次的语义特征;最后,为解决焊缝图像中激光条纹像素与背景像素失衡问题,提出一种混合加权损失函数。试验结果表明,所提网络能够实时分割焊缝激光图片,精确滤除噪声污染,具有较高的分割精度与分割效率。
光丝距对激光-电弧复合焊接特性及熔池流场的影响
李路雨;罗子艺;易耀勇;胡永俊;为系统探究工艺参数对激光-电弧复合焊接过程的影响规律,采用10 kW激光功率进行激光-电弧复合焊接试验,研究焊接工艺参数中激光与电弧间距对复合焊接电弧形态、熔滴过渡过程的影响。此外,根据试验所获得的复合焊接特性信息,建立激光-电弧复合焊接有限元模型,以此探究光丝间距的变化对熔池流场的影响规律。结果表明,光丝间距的增大,导致电弧轴与激光的夹角逐渐增加,直至接近于30°,电弧长度也伴随增大。光丝间距达到3 mm后,熔滴过渡模式由短路过渡转变为球状过渡。过渡频率随光丝间距增加而降低,而熔滴直径增大。数值分析结果显示,过小的光丝距易造成匙孔周围流动混乱,致使匙孔闭合。过大的光丝间距下,熔池向后流加速,增大焊缝咬边缺陷形成倾向。综合实际试验与数值分析计算,最终确定了较合适的光丝间距值。
激光加工领域在位检测技术研究现状与发展趋势
王茜;阮妹;张瑄珺;在位检测技术能够有效提高激光加工精度与效率，已成为该领域的重要研究方向。为全面把握激光加工在位检测技术的发展现状与研究态势，基于Scopus数据库，运用文献计量学方法对全球近20年相关学术文献进行多维分析，涵盖国家、研究机构、作者、研究热点及合作网络等维度。研究发现，该技术以2017年为分水岭进入加速发展期；中国发文多但影响力不高，中国高水平大学是研究主力，机构间合作较为分散，国际核心合作网络尚未形成；人工智能技术的快速发展推动在位检测技术向高精度、强实时性方向演进，已成为近年来的重点研究热点。对此，提出我国在该领域的发展建议。
Zr-4合金微裂纹激光超声数值模拟研究
宋涛;王志武;张永林;利用数值分析的方法对燃料棒包壳管用Zr-4合金表面微裂纹缺陷激光超声检测进行系统分析,建立数值分析模型,设置不同宽度、不同深度、不同倾斜角度和不同形态的微裂纹,激光超声激励点和接收点分别在裂纹两侧,采集并分析接收点处激光超声表面波信号特征。结果表明:随着裂纹宽度增加,激光超声表面波信号强度线性下降;随着裂纹深度增加,激光超声表面波信号强度呈幂函数下降;随着裂纹倾斜角度增加,激光超声表面波信号强度呈现先上升再下降再上升的变化过程,两个拐点所对应的裂纹倾斜角度分别约为50°和65°;激光超声表面波对矩形裂纹最敏感,信号强度下降最多,其次是椭圆形缺陷。
局部结合全局的手持多线激光扫描仪多视角点云配准优化方法
邓磊;刘桂华;邓豪;黄会明;饶伟;针对基于圆形标记点的手持多线激光扫描仪多视角点云配准过程中,因标记点圆心重建误差、局部视角变换矩阵估计误差,引起的累计误差导致多视角点云配准效果欠佳的问题,提出一种局部结合全局的配准优化方法。首先,基于几何变换与同名点匹配,对局部视角中的标记点坐标进行优化,提升局部标记点在全局坐标系中的一致性。其次,根据同一物理标记点在不同视角被重建形成的同名点集合,对全局标记点库中的标记点坐标进行优化,提高全局标记点的精度。最后,在计算局部视角的变换矩阵时,根据局部视角标记点与全局标记点库中对应标记点的欧式距离,对各匹配点对自适应加权,迭代优化变换矩阵。实验结果表明,所提方法在多种测试条件下均表现出较高精度和鲁棒性,平均模型误差小于0.088 mm,标准球直径绝对误差小于0.090 mm,配准成功率超过0.977。该方法提升了手持多线激光扫描仪多视角点云的配准精度和鲁棒性,对工业检测、机器人导航和虚拟现实等领域具有重要意义。
激光辐照角度对碳纤维复合材料损伤阈值的影响
张银福;王瀚;黄伟;娄世良;侯梦迪;李卫森;高勋;为探究激光辐照角度对激光定向能毁伤效能的影响,开展激光辐照角度对碳纤维复合材料的损伤阈值研究。通过傅里叶热传导方程理论计算了复合材料受激光辐照时表面的温升曲线,发现随着激光辐照角度增大,激光辐照区域中心点位置的最高温度逐渐降低,且液-固相变凝固时间缩短,复合材料损伤难度增大。实验研究表明,随着激光辐照角度增大,复合材料表面烧蚀半径逐渐增加,烧蚀深度逐渐减小,损伤阈值逐渐提高。这是由于激光辐照角度增大导致相同能量的激光照射光斑面积增大,复合材料表面的激光功率密度降低。同时,由于损伤形貌增大,辐照中心区域温度受周围较低温度的材料导热影响,最高温度也逐渐降低,从而使复合材料损伤阈值增大。
Er:YAG联合低能量激光用于糖尿病种植体周围炎的临床研究
王会超;田小溪;段昀希;吴萌萌;张婧;为评估掺铒钇铝石榴石激光(erbium-doped:yttrium aluminium garnet laser,Er:YAG)与Er:YAG联合低能量激光治疗对种植体周围炎合并糖尿病患者组织修复能力的影响,纳入119例种植体周围炎合并糖尿病患者,根据治疗方式分为研究组(Er:YAG联合低能量激光治疗)与对照组(Er:YAG激光治疗)。重复测量方差分析两组患者疼痛、炎症和临床牙周指标水平。广义估计方程(generalized estimating equations,GEE)分析临床牙周指标的改善情况。结果表明,研究组总有效率更高(χ2=6.462,RR=1.164,95%CI:1.022～1.326,P=0.011)。疼痛、炎症和临床牙周指标的时间、组间、交互效应均显著(P<0.05)。临床牙周指标的组别、时间、糖化血红蛋白(glycated hemoglobin A1c,Hb A1c)主效应及三者交互效应均显著(P<0.05);联合治疗对临床牙周指标龈沟出血指数(sulcus bleeding index,SBI)、菌斑指数(plaque index,PLI)的改善优势在治疗后1、3个月时显著(P<0.05),至6个月时组间差异无统计学意义(P>0.05);而对探诊深度(probing depth,PD)的改善优势在6个月随访期内均保持显著(P<0.05),HbA1c<6.5%的患者获益更显著。结论:Er:YAG联合低能量激光治疗能够更显著地减轻疼痛、降低炎症、改善临床牙周指标,在6个月随访期内表现出更优的短期临床价值,且血糖控制良好(HbA1c<6.5%)的患者获益更显著,但其对种植体周围骨水平的长期稳定性和种植体存活率的长期疗效尚需≥2年随访验证。
基于多源特征编码的激光雷达目标检测算法
陈思宏;黄珊珊;黄宇靖;陆信光;张学军;基于柱状结构的单阶段3D目标检测方法因推理效率高,在激光雷达感知系统等场景中备受关注。然而,激光雷达采集的点云数据通常较为稀疏且分布不均匀,现有方法在此类稀疏点云下对小目标的检测仍受限于细粒度结构信息的丢失。为此,提出一种融合多源特征感知与结构增强策略的激光雷达点云目标检测算法。通过在柱形编码中构建柱内注意力、柱间结构建模及高度直方图编码,增强特征表达能力。同时,主干网络集成大核注意力机制、空洞空间金字塔池化和加权双向特征融合模块,进一步提升检测判别性。在KITTI数据集上实验表明,所提方法在三类目标上的检测平均精度相比基线提升3.9%,方向相似性提升2.11%,推理速度达34.2帧/s,兼具精度与效率,具有良好的工程部署潜力。
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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