将超声振动实时施加到激光重熔修复金属材料过程, 通过力学性能测试与断口分析研究超声振动对激光重熔修复工艺的影响。结果表明, 超声振动增加了激光重熔试样的抗拉强度, 强度最高恢复至母材强度的83%, 在所选振动功率范围内, 振动功率越高, 试样强度越好。重熔试样的断裂为源于重熔区域的脆性断裂, 断口呈明显的沿晶断裂特征; 超声振动使试样重熔区断口由沿晶断裂向穿晶断裂转变, 重熔区域断口表现比较均匀。
激光 超声振动 断口 laser ultrasonic vibration fracture
1 海军航空工程学院青岛校区, 山东 青岛 266041
2 海军装备部航技部， 北京 100071
3 中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院， 山东 青岛 266580
为改善TC4钛合金激光焊接质量，引进超声振动场辅助激光焊接工艺，即超声跨态处理(UPPLW)，通过改变超声场强度，采用三圆截点法研究超声功率对激光焊接接头微观组织的影响，利用可靠性理论对数据进行分析。结果表明，在外加辅助超声场作用下，随着超声功率的增加，焊缝组织晶粒有逐渐细化的趋势，当超声功率为1600 W时，试样焊缝组织的晶粒度较常规方法获得的细化了15.8%。最后分析了超声跨态处理工艺细化组织晶粒的机理。
激光技术 TC4钛合金 超声跨态处理 激光焊接 晶粒度
1 海军航空工程学院青岛校区 航空机械系，山东 青岛 266041
2 中国人民解放军海军装备部 航空技术保障部，北京 100071
为实现航空钛合金关键结构的改性去应力修复，在钛合金表面Nd:YAG激光制备了梯度改性修复层，扫描电镜(SEM)观察了微观组织，用能谱分析仪（EDAX）分析了元素成分和含量，测量了抗热震和热疲劳性能。结果表明，修复层微观组织主要为粗大和不完整的树枝晶、相对较细小的等轴和近等轴晶及细小短纤维状形态；随Cr3C2含量增加，树枝晶的数量、大小均呈上升趋势。梯度修复层比传统复合涂层具有更优异的抗热疲劳和热震性能。修复层表面氧化膜均匀致密，主要为连续的短纤维状组织，Ti600基体的氧化膜主要为疏松的金红石结构的颗粒状TiO2晶粒，以多面体规则形状堆垛，且晶粒粗大。
激光技术 梯度去应力 热震 热疲劳 中国激光
2015, 42(s1): s103007
1 海军航空工程学院，山东 烟台 264001
2 中国人民解放军92925部队，山西 长治 046001
3 中国石油大学（华东），山东 青岛 266580
为解决脉冲激光焊接工艺参数多，参数调整依赖经验的现状，采用二次回归正交旋转组合的方式，设计激光焊接TC4薄板的试验方案。基于响应面法构建TC4薄板激光焊接工艺参数（电流、脉宽、频率）与预测响应值（接头拉伸强度）之间的数学模型，并通过该数学预测模型对各焊接工艺参数在焊接过程中的影响规律进行了研究。分析表明，焊接电流对激光焊接接头的拉伸性能具有主要影响，而脉宽和频率在对接头拉伸性能的影响方面具有明显的交互作用，且任一单因素对接头拉伸性能的影响效果均小于焊接电流。得到适用于1.5 mm厚TC4薄板的最优焊接工艺参数，并进行了相关试验验证，结果表明，所建模型与实际符合良好，具有工程实用价值。
激光技术 激光焊接 响应面法 TC4钛合金 焊接工艺 组织性能 中国激光
2015, 42(s1): s103006
海军航空工程学院青岛校区航空机械系,山东 青岛 266041
研究了钛合金梯度改性修复结构在800 ℃下氯化钠、硫酸钠混合盐中的高温腐蚀行为;计算了腐蚀动力学规律;利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等分析了宏、微观形貌和相组成。结果表明: 修复结构有较好的抗熔盐腐蚀性能,腐蚀线性速度常数仅为Ti600基材的39%,且二者的腐蚀动力学曲线均基本符合直线变化规律;Ti600表面腐蚀层呈多层结构,剥落现象严重,主要由疏松的金红石结构的TiO2和少量TiS、TiCl3等颗粒状粗大晶粒,以多面体规则形状堆垛,呈岛状分布,厚度180 μm;修复结构表面腐蚀层覆盖均匀且薄,主要为细小的TiO2和少量Cr2O3、TiS等颗粒状氧化物,可分为外疏松层和内致密层,外疏松层较薄,内致密层致密且均匀,厚度约50 μm;钛、铬的含量沿厚度方向由外向内逐渐增加,氧的分布规律相反。
激光技术 激光3D修复 梯度改性 高温腐蚀 laser technique laser 3D repair gradient modified high temperature corrosion
1 海军航空工程学院青岛校区, 山东 青岛 266041
2 中国人民解放军92635部队, 山东 青岛 266041
研究了航空钛合金损伤结构梯度改性修复层和Ti600基体在800 ℃下的氧化行为; 采用恒温或循环氧化增重法、氧化速度常数、活度等理论计算研究了氧化的热力学和动力学规律; 利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等分析了氧化膜形貌和组成。结果表明: 梯度修复层有较好的抗氧化性能, 其循环氧化动力学曲线基本符合抛物线规律; Ti600基体属次抗氧化级, 其循环氧化动力学曲线近似符合抛物线-直线规律; 梯度修复层氧化膜由金红石结构的TiO2和少量Cr2O3组成, 厚度5～6 μm, 与基体连接紧密, 且致密、连续, 为短纤维状组织; Ti600基体的氧化膜厚度达55 μm左右, 明显分为内氧化区、中致密层和外疏松多孔层, 为多面体规则形状组织。
激光技术 钛基梯度功能 高温氧化 laser Ti-based functionally gradient Ti600 Ti600 high temperature oxidation
海军航空工程学院青岛校区，山东 青岛 266041
飞机战伤抢修是战时快速恢复和保持持续战斗力的最为有效的手段。由于和平时期实战抢修很少，因此,数学建模和仿真技术在飞机战伤抢修研究中的应用越来越多。为了更好地理解其应用情况及进展，简要综述了近几年国内新的相关研究概况。随着建模仿真技术的发展，以及战伤抢修研究的深入，建模仿真的应用已经越来越深入细致。
飞机 战伤抢修 建模 仿真 aircraft battle damage repair modeling simulation
1 海军航空工程学院青岛校区, 山东 青岛 266041
2 中国人民解放军92635部队, 山东 青岛 266041
为探讨石油钻杆损伤修复的新技术, 研发性能优异又价格低廉的耐磨修复材料, 采用Nd:YAG激光和氩弧填丝焊, 在钻杆基体表面进行了对比修复实验, 观察了微观组织, 测试了硬度和耐磨性能。结果表明, 激光修复区组织为细长板条马氏体、回火索氏体和残余奥氏体, 和氩弧填丝焊相比, 激光修复层晶粒明显细化。氩弧填丝焊硬度峰值(662.8 HV)在熔合线近基体区, 修复区硬度(平均415.1 HV)显著高于基体(230 HV左右), 从熔合线区向基体, 硬度整体呈连续降低趋势。激光修复区硬度均大于氩弧填丝焊, 从基体到修复层整体呈上升趋势, 且随Cr3C2含量增加, 硬度增大。激光修复层的耐磨性能较氩弧填丝焊得到明显的改善, 磨损失重量仅为氩弧填丝焊的50.6%～77.5%。
激光技术 激光修复 石油钻杆 微观结构 耐磨性能 laser technique laser repair petroleum drill pipe microstructure wear resistance
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
海军航空工程学院 青岛分院 航空机械系，青岛 266041
为了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的具有热应力缓和功能的新型涂层，应用Nd∶YAG激光在钛合金表面制备了钛基梯度功能耐磨涂层，观察了微观组织，分析了生成相，测量了梯度功能耐磨涂层、非梯度功能耐磨涂层和Ti600基体在大气环境室温下的摩擦磨损性能。结果表明，原位合成的TiC球状增强相弥散均匀分布在梯度功能耐磨涂层中，主要呈3种不同的形态，即粗大的或不完整的树枝晶、相对较为细小的等轴晶或近似等轴晶和细小短纤维状；梯度功能耐磨涂层和非梯度功能耐磨涂层表现出较优异的耐磨性能，摩擦系数和磨损率显著降低，平均是Ti600基体的0.3倍~0.5倍。
激光技术 钛基梯度功能 微观组织 相分析 摩擦磨损 laser technique Ti-matrix functional gradient metallurgical structure phase analysis frictional wear
