1 广东省科学院中乌焊接研究所，广东省现代焊接技术重点实验室，广东 广州 510650
2 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室，吉林 长春 130012
3 北京大学东莞光电研究院，广东 东莞 523808
金刚石作为一种具有独特优异性能的半导体材料，在光学和电子学领域具有重要的应用价值。目前生长金刚石最常用的方法是化学气相沉积（CVD）法，采用该方法制备的金刚石薄膜通常为多晶结构，表面粗糙度高、颗粒大的缺点制约了金刚石薄膜的应用。笔者提出了飞秒-纳秒-离子束刻蚀的复合抛光方法并采用该方法对CVD金刚石薄膜进行抛光。结果表明：经飞秒-纳秒激光刻蚀后，金刚石表面粗糙度降低得十分明显，由未刻蚀时的4 μm降至0.5 μm左右，但表面出现了明显的石墨化现象；进一步采用离子束刻蚀去除表面的石墨层，最低可将表面粗糙度降至0.47 μm。所提方法实现了金刚石表面的无改性平滑抛光，为金刚石表面微纳器件的发展奠定了基础。
超快激光 金刚石薄膜 激光抛光 离子束刻蚀 粗糙度 中国激光
2024, 51(16): 1602210
1 华南理工大学 机械与汽车工程学院, 广州 510641
2 广东省科学院 中乌焊接研究所 广东省现代焊接技术重点实验室, 广州 510650
为了明晰光丝距离对激光填丝焊接过程影响规律, 采用高速摄像、外观检查、宏观金相等方法, 对3种光束模式下不同光丝距离与激光堆焊关系进行了理论分析和实验验证, 得到了光丝距离对焊丝熔化、熔滴过渡、熔池波动和焊缝凝固的稳定性影响数据。结果表明, 光丝位置由相交(-5mm)向相离(+5mm)变化时, 熔滴过渡经历“液滴→液滴+液桥→液桥→液滴+液桥”阶段; 相同光丝距离时, 单光束激光模式、双光束激光串行模式和双光束并行模式的焊缝熔深依次降低, 甚至出现焊缝偏移和无熔深现象; 单光束模式和双光束串行模式对焊丝熔化和熔池的影响规律近似, 但双光束并行模式下具有特殊性; 单光束激光焊接时, 随着离焦量的增加, 焊缝的熔深由最大值409.8μm迅速减小到282.6μm; 双光束激光串行模式时, 焊缝的最大熔深仅为328.4μm, 随着离焦量降低而减小, 但正离焦量为焊缝截面呈现不对称状态; 双光束激光并行焊接模式时, 焊丝偏向小功率激光束时, 焊缝无熔深; 随着焊丝向大功率激光束移动, 形成仅有226.5μm小熔深焊缝。该研究为铝合金激光增材和焊接提供了参考。
材料 焊接稳定性 光丝距离 熔滴过渡 光束模式 铝合金激光填丝焊接 materials welding stability the distance between laser beam and wire droplet transfer beam mode aluminum alloy laser welding with filler wire
1 广东省科学院中乌焊接研究所 中国-乌克兰材料连接与先进制造“一带一路”联合实验室 广东省现代焊接技术重点实验室，广东 广州 510650
2 北京科技大学 自动化学院 北京市工业波谱成像工程技术研究中心，北京 100083
采用光纤激光器开展了碳钢板表面锈蚀层激光清洗研究，通过白光干涉仪、光学显微镜、拉曼光谱仪等研究了激光扫描速度对锈蚀层去除质量的影响。研究表明，当激光扫描速度小于2 000 mm/s时，因光斑搭接率高，热累积效应强，试样表面出现基材熔化重凝现象，同时试样表面发生二次氧化，生成了复杂的铁的氧化物膜层，此时试样表面粗糙度最小。当激光扫描速度增加到3000 mm/s时，试样表面锈蚀层去除干净，露出金属基底本身色泽，基材表面二次氧化减弱。当线速度继续增加时，因光斑搭接率低，锈蚀层吸收的激光能量少，仅有部分锈蚀被去除，试样表面开始出现残留锈蚀层，且随着线速度的增加，残留锈蚀层和试样表面粗糙度增加。通过调节扫描速度可以获得较好的除锈效果，工艺优化后，激光功率为120 W时，除锈效率达到1.5 m2/h。
激光除锈 扫描速度 锈蚀层 表面粗糙度 laser rust removal laser scanning speed rust layer surface roughness 红外与激光工程
2022, 51(5): 20210389
1 佛山科学技术学院机电工程与自动化学院, 广东 佛山 528225
2 广东省科学院中乌焊接研究所, 广东 广州 510650
为阐明全熔透状态下工艺参数对激光-MAG复合焊接焊缝成形的影响, 以6 mm厚的AH36高强钢为试验材料, 采用碟片激光与MAG电弧复合的方法进行焊接, 开展高焊速全熔透状态下的焊接工艺研究, 分析了送丝速度、激光功率、焊接速度等工艺参数对焊缝成形及接头力学性能的影响。结果表明：一定范围内, 增大送丝速度或激光功率能减少底部驼峰; 在激光功率为6.5 kW、送丝速度为8 m/min、焊接速度为2.5 m/min时, 得到的焊缝成形良好且无焊接缺陷。焊缝区域显微硬度高于母材, 焊接接头抗拉强度高于母材。
复合焊接 激光 AH36高强钢 焊缝成形 力学性能 hybrid welding laser AH36 high strength steel welding formation mechanical properties
1 广东省科学院中乌焊接研究所 中国-乌克兰材料连接与先进制造“一带一路”联合实验室 广东省现代焊接技术重点实验室， 广州50650
2 吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子国家重点实验室， 长春13001
利用飞秒激光辅助刻蚀技术，在蓝宝石表面实现了周期、占空比及高度可调的光栅结构。解决了飞秒激光加工硬脆材料时表面质量较差、碎屑堆积导致的加工精度降低和难以制备深结构的问题。蓝宝石光栅结构的粗糙度从78 nm（激光直写后）降低到了7 nm（干法刻蚀后），实现了周期为800 nm光栅，以及深宽比为4的蓝宝石微结构的制备。飞秒激光辅助刻蚀技术能够制备蓝宝石表面高平滑光栅，并对光栅各级次衍射效率进行提升。
飞秒激光 蓝宝石 湿法刻蚀 干法刻蚀 光栅 Femtosecond laser Sapphire Wet etching Dry etching Grating
1 沈阳航空航天大学 材料科学与工程学院, 沈阳 110136
2 广东省焊接技术研究所(广东省中乌研究院) 广东省现代焊接技术重点实验室,广州 510650
为了研究工艺参量对激光-MIG复合焊接的焊缝成形和组织特征及性能的影响, 针对6mm的A7N01铝合金板, 采用不同的激光功率、焊接速率和坡口形式, 进行了激光-MIG复合焊接试验, 观察焊缝成形及接头微观组织, 并对其性能进行测试。采用Y型30°坡口, 在激光功率3.0kW、焊接速率1.0m/min的参量下进行激光-MIG复合焊接时, 焊缝表面成形良好, 底部成形连续; 接头平均抗拉强度为271MPa, 达到母材的60%; 焊缝中心硬度为85.4HV, 达到母材的78%。结果表明, 随着激光功率的提高, 焊缝熔深呈线性增大; 焊接速率越大、焊缝熔宽和熔深越小, 余高略有增加; 焊接接头对不同坡口形式的适应性良好; 接头中热影响区晶粒粗化, 硬度降低, 熔合区晶粒为树枝晶, 易产生工艺类氢气孔, 焊缝中心晶粒为等轴晶。该研究有利于获得成形良好的A7N01铝合金激光-MIG复合焊接头。
激光技术 激光-MIG复合焊接 A7N01铝合金 焊缝成形 力学性能 laser technique laser-MIG hybrid welding A7N01 Al alloy weld formation mechanical properties
1 湖南科技大学机械设备健康维护省重点实验室, 湖南 湘潭 411201
2 广东省焊接技术研究所(广东省中乌研究院), 广东省现代焊接技术重点实验室, 广东 广州 510650
为实现10 mm厚304不锈钢板的单道焊接成型, 采用10 kW碟片激光与MIG电弧复合的方法进行焊接, 分析了焊接速度对焊接接头成型的影响。结果表明, 焊接过程中存在的主要缺陷为底部驼峰, 焊接速度过小或者过大都会产生底部驼峰, 当焊接速度为2.4 m/min时, 焊缝底部平滑且连续, 焊缝成形良好。组织分析表明焊缝组织为奥氏体基体和3%~5%的铁素体, 铁素体形态为大量板条状与少量骨架状, 熔合区较窄, 约15 μm~25 μm; 拉伸结果表明焊接接头的力学性能低于母材, 焊接头的抗拉强度、屈服强度、延伸率分别为711 MPa、321 MPa、54%, 达到母材的92.7%、95.8%、88.5%。
复合焊接 激光 接头成型 底部驼峰 hybrid welding laser welding formation back hump
1 广东省焊接技术研究所(广东省中乌研究院) 广州 510650
2 广东省现代焊接技术重点实验室, 广州 510650
为了研究离焦量对5mm厚紫铜激光焊接焊缝成形的影响和组织特征及性能, 采用金相显微镜对焊缝组织及形貌进行分析, 并对接头进行了拉伸及电导率测试。结果表明, 在高离焦量绝对值时, 易出现飞溅并造成焊缝表面孔洞, 在离焦量0mm~-2mm范围内可获得成形良好的焊缝; 焊缝纵截面柱状晶与焊接方向的角度由两侧的90°逐步降低为中间的0°, 靠近焊缝上表面的柱状晶长度约为靠近下表面的柱状晶长度2.96倍, 热影响区晶粒发生粗化, 且离焦量+1mm对应的热影响区宽度最大; 焊透情况下的不同离焦量对应的接头拉伸强度相当, 可达母材的77.3%, 离焦量0mm~-1mm对应的接头延伸率略高于离焦量-1mm~-4mm对应的接头延伸率, 可达母材的54.9%; 焊缝的电导率与母材几乎一样。该研究有利于获得成形良好的紫铜激光焊接接头。
激光技术 激光焊接 紫铜 焊缝成形 显微组织 性能 laser technique laser welding copper weld formation microstructure properties
广东省现代焊接技术重点实验室 广东省焊接技术研究所(广东省中乌研究院), 广东 广州510650
采用碟片激光器对5 mm厚紫铜进行激光焊接, 研究了激光焊接过程中的激光功率对焊缝成形的影响, 并研究焊接接头组织特征及力学性能。结果表明, 在激光功率4.5～9.5 kW范围内, 焊缝熔深与激光功率几乎呈线性关系; 高功率可显著减少焊接过程的飞溅及表面孔洞, 未焊透的焊缝飞溅及表面孔洞多于焊透的焊缝。焊透的焊缝横截面形貌为I型形貌, 焊缝横截面左右两侧显微组织为水平方向的柱状晶, 越靠近焊缝中间的柱状晶长度越短, 而焊缝中间显微组织为平行于厚度方向的柱状晶。接头拉伸断裂于焊缝处, 焊接接头的抗拉强度和延伸率较母材发生显著降低, 焊接接头的拉伸强度为母材的77.3%, 延伸率为母材的41.8%。
激光焊接 紫铜 焊缝成形 显微组织 力学性能 laser welding copper weld formation microstructure mechanical properties
1 中南大学材料科学与工程学院, 湖南 长沙 410083
2 广东省焊接技术研究所(广东省中乌研究院), 广东 广州 510650
采用10 kW碟片激光器焊接5 mm厚的TC4钛合金, 研究了焊接参数变化对焊接接头成形的影响。实验结果表明, 在碟片激光深熔焊条件下, 离焦量的改变对焊缝成形影响较大, 焊接速度变化对焊缝成形影响较小。在不同的焊接参数下, TC4钛合金焊缝具有近“酒杯”形和近“X”形两种截面形貌。不同的焊接参数下对焊缝熔宽尺寸影响较大, 当P＝4.3 kW, v＝2.7 m/min, f＝-2 mm时可以得到最窄的熔宽, 当P＝4.3 kW, v＝2.1 m/min, f＝0 mm时可以得到较宽的熔宽。随着焊接参数的变化, 激光的热输入也随之改变, 受高温等离子体和金属蒸汽的影响, 熔宽尺寸随之改变。通过调整激光功率、焊接速度和离焦量等激光焊工艺参数,可以对焊缝成形进行有效控制, 提高焊接接头质量。
TC4 钛合金 焊接参数 焊缝成形 TC4 titanium alloy welding parameters weld formation
