大连理工大学材料科学与工程学院辽宁省先进连接技术重点实验室，辽宁 大连 116024
基于铜基焊丝CuSi3Mn1，采用钨极惰性气体保护焊（TIG）和激光?TIG复合焊方法开展了QP980钢搭接焊接头的成形、组织与力学性能研究。结果表明：搭接焊接头由熔焊区、钎焊区和热影响区组成；TIG焊接头只有上基板发生部分熔化，而激光‐TIG复合焊接头的上下基板均发生了部分熔化；随着电弧电流增大，两种接头的接触角均减小，钎焊区长度均增加；脉冲激光的加入可以进一步降低接头的接触角，增加钎焊区长度；接头熔焊区以铜基体为主，内部分布着富铁小岛和富铁颗粒；钎焊区的铜基体中分布着少量富铁颗粒。随着电弧电流增加，TIG和激光?TIG复合焊接头的拉剪载荷均增加；在相同的电弧电流下，激光?TIG复合焊接头的拉剪载荷更高；当激光功率为240 W、电弧电流为140 A时，搭接焊接头的拉剪载荷可达12.4 kN；接头断裂位置均位于焊缝处，断裂路径由钎焊区扩展到熔焊区。本文研究表明，增加钎焊区长度能够强化接头性能，接头中的强化相为富铁小岛和富铁颗粒。
激光技术 QP980钢 接触角 激光‑TIG复合焊 搭接连续焊 接头成形 中国激光
2023, 50(16): 1602103
大连理工大学材料科学与工程学院辽宁省先进连接技术重点实验室，辽宁 大连 116024
采用基于激光诱导熔化极惰性气体保护(melt inert gas, MIG)电弧焊的增材技术，研究了插补沉积和十字交叉沉积两种不同沉积路径对2319铝合金块体组织性能的影响。结果表明：插补沉积的晶粒细小，柱状晶生长方向一致；十字交叉沉积的晶粒粗大，柱状晶生长方向杂乱无章。在力学性能上，插补沉积和十字交叉沉积的平均硬度分别是97.9 HV和89.2 HV，十字交叉沉积下试件的整体硬度分布更均匀。插补沉积试件的强度和塑性具有各向异性，十字交叉沉积试件的强度和塑性具有各向同性。其中，插补沉积试件沿X方向和Y方向的抗拉强度分别为233.58 MPa和275.52 MPa，延伸率分别为6.34%和11.12%。十字交叉沉积试件在XY平面的极限抗拉强度为251.33 MPa，延伸率为7.68%。研究表明，对于铝合金块体的激光诱导MIG增材技术制造，插补沉积试件在Y方向上的整体组织性能优于十字交叉沉积试件。
激光技术 激光诱导电弧 路径 增材制造 2319铝合金 组织性能 扫描电镜 中国激光
2022, 49(14): 1402205
大连理工大学材料科学与工程学院, 辽宁省先进连接技术重点实验室, 辽宁 大连 116024
以镁合金/钢对接接头为研究对象,选用组合热源模型模拟激光诱导TIG电弧复合热源的作用,考虑激光与TIG电弧的耦合效应及Fe-Ni固溶区的形成,利用ANSYS软件对焊接温度场分布和热循环曲线进行模拟计算。结果表明:所得模拟结果与实验结果吻合良好,验证了所建热源模型的准确性及适用性;镁合金/钢对接焊接头的峰值温度可达2249 ℃,焊接高温作用于镍夹层及其邻近的钢母材,促进了界面的冶金反应及元素扩散,为Fe-Ni固溶区、高熔点AlNi相及双固溶体结构界面层的形成提供了温度条件;液态镁合金熔池停留时间为0.28 s,能保证其在钢侧进行充分的润湿铺展,实现接头的良好成形;在熔池的搅拌作用下,AlNi强化相弥散分布,使得镁合金焊缝的强度增大。
激光技术 激光诱导电弧 镁合金/钢对接焊 温度场模拟 Fe-Ni固溶区 接头成形机制
大连理工大学材料科学与工程学院辽宁省先进连接技术重点实验室, 辽宁 大连 116024
为了改善和提高不锈钢TIG电弧增材制造零件的成形质量和力学性能,加入小功率激光对TIG电弧进行诱导增强,对比激光加入前后的电弧形态,研究不同激光功率下制得的增材制造墙体的抗拉强度及微观组织。结果表明:激光的诱导作用能够压缩电弧,稳定堆积过程,提高堆积速度,实现墙体的低热输入堆积,提高墙体的力学性能;墙体的微观组织主要是柱状树枝晶;热量的积累使得墙体从下到上的枝晶间距逐渐增大,墙体从下到上的硬度值逐渐降低;墙体最顶部为等轴树枝晶;激光诱导电弧复合增材制造的316不锈钢墙体由奥氏体和铁素体组成。
激光技术 增材制造 316不锈钢 激光诱导电弧 力学性能 微观组织 中国激光
2019, 46(12): 1202006
大连理工大学材料科学与工程学院, 辽宁省先进连接技术重点实验室, 辽宁 大连 116024
采用激光诱导TIG电弧焊方法进行了1.5 mm厚6061-T6和5083-O异种铝合金的拼焊试验,系统研究了激光的加入对焊接接头塌陷变化和力学性能的影响规律。结果表明:由于两种铝合金的化学成分和热物理性能的差异,焊接接头会出现不一致的塌陷现象;与电弧焊相比,激光的加入不仅可以有效降低焊接接头的塌陷程度,还会大幅降低焊接接头塌陷深度比的不一致程度;随着激光功率增大,焊接接头塌陷的不一致程度呈减小的趋势,导致接头受力情况发生变化,使接头强度呈先增后减的趋势。
激光技术 激光诱导电弧焊 异种铝合金 薄板拼焊 不一致塌陷 中国激光
2019, 46(10): 1002007
Author Affiliations
Abstract
1 School of Science, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
2 e-mail: songgangbupt@163.com
3 e-mail: pfzhang1980@gmail.com
We report here a nanostructure that traps single quantum dots for studying strong cavity-emitter coupling. The nanostructure is designed with two elliptical holes in a thin silver patch and a slot that connects the holes. This structure has two functionalities: (1) tweezers for optical trapping; (2) a plasmonic resonant cavity for quantum electrodynamics. The electromagnetic response of the cavity is calculated by finite-difference time-domain (FDTD) simulations, and the optical force is characterized based on the Maxwell’s stress tensor method. To be tweezers, this structure tends to trap quantum dots at the edges of its tips where light is significantly confined. To be a plasmonic cavity, its plasmonic resonant mode interacts strongly with the trapped quantum dots due to the enhanced electric field. Rabi splitting and anti-crossing phenomena are observed in the calculated scattering spectra, demonstrating that a strong-coupling regime has been achieved. The method present here provides a robust way to position a single quantum dot in a nanocavity for investigating cavity quantum electrodynamics.
Optical tweezers or optical manipulation Surface plasmons Quantum electrodynamics Photonics Research
2018, 6(3): 03000182
大连理工大学材料科学与工程学院辽宁省先进材料连接技术重点实验室, 辽宁 大连 116024
运用激光电弧复合热源焊接方法，通过添加Cu-Zn中间层实现了TC4钛合金与304不锈钢的良好焊接，并对搭接接头横截面形貌、微观组织、相成分、力学性能及断裂位置进行了分析。结果表明，钛合金与不锈钢复合焊接接头过渡区组织成分主要包括Ti-Cu金属间化合物、铜基固溶体及Fe-Cu共析混合物。随着激光功率的增加，在钛铜界面一侧，生成的Ti-Cu金属间化合物厚度逐渐增大，对接头性能产生不良影响，激光功率较大时断裂发生在钛铜界面处。在铜不锈钢界面一侧，Cu和Fe元素互扩散的深度和密度随激光功率的增大逐渐增加，有利于提高接头性能，激光功率较小时断裂发生在铜不锈钢界面处。实现钛合金与不锈钢的良好焊接的关键在于Ti-Cu金属间化合物与Fe-Cu共析混合物的协调控制。
激光技术 激光电弧复合焊接 钛合金 不锈钢 铜中间层 金属间化合物
微生物黑龙江省高校重点实验室, 黑龙江大学生命科学学院, 黑龙江 哈尔滨150080
木糖的乙醇发酵一直被视为木质纤维原料生物转化产生乙醇的关键因素, 休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)是木糖发酵性能较好的天然酵母之一。对Candida shehatae HDYXHT-01进行了氦氖激光诱变和NTG诱变, 力求选育出发酵木糖产乙醇能力强的菌株。氦氖激光诱变得到的突变株HN-3乙醇产量为17.03 g/L, 乙醇得率达到0.3393 g/g, 相比原始菌株提高20.36 %。再对HN-3进行NTG诱变, 得到的突变株NTG-2乙醇产量为24.20 g/L, 相比HN-3提高42.10 %。进而对NTG-2菌株进行了摇瓶48 h连续发酵试验, 测得其乙醇产量、木糖利用率、乙醇得率和乙醇产率分别达到24.16 g/L, 69.26 %, 0.4360 g/g和0.7075 g/(L·h)。
休哈塔假丝酵母 氦氖激光诱变 NTG诱变 乙醇 Candida shehatae He-Ne laser mutation NTG mutation ethanol
