为了研究脉冲激光加热金属板的温度场和应力场的特点, 基于弹塑性力学理论, 采用有限元分析方法, 对脉冲激光扫描过程中金属板的温度场和应力场进行了3维数值模拟, 得到了温度场与应力场在时间和空间上的分布和变化规律。结果表明, 在脉冲激光扫描加热作用下, 金属表面发生多次熔化和凝固, 温度时间曲线呈锯齿形; 重熔区域应力场变化剧烈, 随间歇的激光脉冲发生强烈的拉-压应力波动; 金属基体冷却后在重熔区域留有高值残余拉应力, 纵向应力达799MPa, 横向应力达700MPa。
激光技术 温度场 应力场 有限元 脉冲激光 laser technique temperature field stress field finite element pulsed laser
1 海军航空工程学院，山东 烟台 264001
2 海军航空工程学院青岛分院，山东 青岛 266041
3 沈阳航空工业学院，辽宁 沈阳 110034
为改进钛合金的耐磨性能，开发在高温环境、大温度落差条件下使用具有热应力缓和功能的新型涂层，应用激光技术在钛合金表面制备了钛基梯度功能耐磨涂层，分析了梯度层宏观形貌和微观组织，并测试了各主要元素梯度变化规律。结果表明，梯度层和基材实现良好冶金结合，白亮熔合线区宽度10～20μm。随着氧化铬含量的改变，各梯度层微观组织均发生变化。各层之间过渡缓和自然，平行间距均为0.3mm。第一层以等轴晶为主，第二层绝大多数为细化的球状、块状颗粒和少部分树枝状晶粒，第三层以枝晶为主。各元素SEM线扫描分布规律和理论设定规律总体趋势一致，符合梯度规律变化的理论要求。
钛基梯度功能 耐磨涂层 激光 金相组织 Ti-based functional gradient wear-resistant coating laser microstructure
海军航空工程学院青岛分院 航空机械系，青岛 266041
为了解决激光直接制造金属零件中同轴送粉喷嘴气体保护效果不佳的问题，采用烟雾流动显示技术对喷嘴保护气体流场进行了研究。系统研究了喷嘴保护气流速率、喷嘴出口距零件表面距离、喷嘴移动速率和侧风速率对气体保护效果的影响。结果表明，随着喷嘴保护气流速率的增加，保护范围先增加后减小；随着侧风速率和喷嘴移动速率的增大，气流轴线偏离喷嘴轴线距离增大；当侧风速率超过喷嘴气流速率50%，距喷嘴出口10mm处，气流完全偏离喷嘴轴线，完全失去对金属熔池的保护。这一结果为选择合适的喷嘴气流参量提供了依据。
激光技术 工艺参量 烟雾流动显示 同轴送粉喷嘴 laser technique process parameter smoke flow visualization coaxial powder feeder nozzle
海军航空工程学院 青岛分院,山东 青岛 266041
为解决飞机结构损伤激光在线快速修复过程中同轴送粉喷嘴气体保护效果不佳的问题,利用粒子图像测速(PIV)、烟雾流动显示技术和Fluent软件对喷嘴保护气体流场进行了研究。系统分析了喷嘴气流速度变化、侧吹气流速度对喷嘴气体冲击射流场的影响。结果表明,当喷嘴三个喷口气流速度接近一致时,湍流扩散区消失,流场稳定。当喷嘴中心气流速度小于外环气流速度时,工件表面出现旋涡,破坏了流场的稳定性。侧风对喷嘴气体保护范围影响较大,随着侧风速度增大,气流轴线偏离喷嘴轴线距离增大。当侧风速度超过喷嘴气流速度50%时,喷嘴保护气流混入空气,完全失去对金属熔池的保护。
激光技术 保护气体流场 粒子图像测速 烟雾流动显示 同轴送粉喷嘴
海军航空工程学院 青岛分院,山东 青岛 266041
激光同轴送粉喷嘴是激光直接制造系统中核心部件之一,喷嘴的保护气体流场对金属粉末的流动和零件材料的性能影响较大。研究应用粒子图像测速(PIV)技术测量激光同轴送粉喷嘴轴截面保护气体的流场,并对此进行了相应的计算与分析。结果表明,喷嘴三个喷口之间的壁厚对喷嘴附近的流场影响较大,促使喷嘴喷口处产生两对对称旋涡,不利于粉末的输送和聚焦。喷嘴的三个喷口的喷出气流速度一致时,速度界面的湍流扩散和动量交换较小,将产生一个有利于输送金属粉末的稳定流场。
激光技术 流场 同轴送粉喷嘴 laser technique flow field coaxial feeding powder nozzle PIV PIV
1 海军航空工程学院 研究生管理大队,山东 烟台 264001
2 海军航空工程学院青岛分院,山东 青岛 266041
采用ANSYS有限元软件对K418高温合金激光熔覆过程中的温度场进行了计算,得到了激光熔覆层中心温度的变化规律。结果表明,熔覆层中心温度表现出明显的快速熔凝特征,熔覆层中心温度与激光功率成正比,与扫描速度成反比。计算结果为优化K418高温合金激光熔覆工艺参数提供了理论依据。
K418高温合金 激光熔覆 温度场 K418 superalloy laser cladding temperature field
海军航空工程学院 青岛分院,山东 青岛 266041
为修复某航空叶片损伤,在单层多道激光熔覆的基础上,研究了多道多层激光熔覆的可行性。每层粉末成分渐变,分析了熔覆层金相组织,测试了熔覆层显微硬度及其在大气环境室温下的干滑动磨擦磨损性能。结果表明:熔覆层和基体呈现良好的冶金结合,白亮结合带宽度为10～20μm;熔覆层组织由粗大疏松的柱状晶过渡为细小、致密的枝晶;熔覆层显微硬度最高达到425HV,比基体高出40%～50%;熔覆层的磨损量比基体减少约3～4倍。
激光熔覆 熔覆层 摩擦磨损 laser cladding GH710 GH710 clad layer friction and wear
1 海军航空工程学院青岛分院，山东 青岛 266041
2 海军航空工程学院研究生管理大队，山东 烟台 264001
飞机损伤的快速抢修是部队作战训练的需要，也是现代高技术战争确保空中优势、取得战斗主动权的重要保障。随着飞机结构新材料大量采用，传统的抢修技术难以适应要求。针对航空用钛合金、铝合金、复合材料及高温合金的战伤、磨损和腐蚀等失效特征，分析了传统飞机战伤抢修技术存在的不足，综述了国内激光加工技术在飞机损伤抢修中的应用研究进展。应用激光技术独特的优越性并引入功能梯度理念，把激光焊接、激光切割、激光熔覆应用于飞机的损伤抢修。其中包括飞机结构激光焊接修复、激光多层熔覆修复的合金粉末体系、组织特征、硬度分布规律、耐磨性和疲劳性能，飞机结构激光切割等。同时指出了飞机结构抢修领域有待解决的问题。
激光技术 损伤抢修 飞机 钛合金 铝合金
海军航空工程学院青岛分院,山东,青岛,266041
利用激光熔铸对预制模拟损伤的变形铝合金试件进行修复试验,在熔铸修复区采用实时机械冲击变形的方法强化修复试件.对修复件进行疲劳寿命对比试验,分析了激光熔铸与定量变形强化相结合的复合修理方式对试件疲劳性能的影响.结果表明,由于熔铸区底层柱状枝晶和残余拉应力的存在,激光熔铸修复会降低试件的疲劳寿命;辅加变形强化以后,试件疲劳寿命大幅增加,增幅可达187%;在所选冲击力范围内,试件疲劳寿命随冲击强度增大呈减少趋势.
铝合金 激光 修理 强化 疲劳
