1 湖南大学 激光研究所, 长沙 410082
2 湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 长沙 410082
为了验证真空环境对玻璃激光焊接气孔形成的影响, 采用在大气及真空条件下进行玻璃激光焊接对比试验的方法, 对两种条件下气孔率随激光功率的变化及玻璃料向两端扩展的程度进行了理论分析和实验验证。结果表明, 气孔的成因不仅是玻璃料中残存的气体, 功率提高至45W后, 不稳定成分的升华与分解产生了更多气体, 进一步提高了气孔率;真空条件对焊缝扩展影响较小, 无明显差异; 而真空条件下的气孔率要显著大于在大气条件下的气孔率;真空条件下气孔面积更大, 但增大的气孔面积并不能扩大玻璃料的扩展宽度。该研究结果进一步地揭示了玻璃激光焊接下气孔的形成机制。
激光技术 气孔 激光焊接 真空 玻璃 laser technique pores laser bonding vacuum glass
1 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 湖南 长沙 410082
2 湖南大学激光研究所, 湖南 长沙 410082
随着光电技术的快速发展,填充玻璃料的激光玻璃焊接技术已被广泛用于光电器件的封装领域。为了实现对激光焊接过程的实时监测,保障焊接质量,本课题组搭建了一套针对玻璃激光焊接的实时观测系统,该系统规避了玻璃料在激光作用下产生的杂波干扰;之后,采用该系统观测了玻璃涂料区域未完全连接、完全连接及连接区域扩展三种典型的耦合行为,分析了耦合过程中气孔的产生机制,发现了杂质型气孔在玻璃料与玻璃基板耦合行为中的运动规律,分析了气孔溢出过程中密集型气孔与杂质型气孔相作互用的特点。结合实时观测结果,得到了气孔溢出过程中气孔面积随时间变化的规律。试验结果表明,生成的密集型气孔有助于杂质型气孔的溢出,在丝印宽度为0.8 mm的玻璃料上,通过偏置激光束0.2 mm可以有效控制气孔的溢出方向。
激光技术 玻璃 激光焊接 耦合行为 气孔 中国激光
2021, 48(18): 1802005
1 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室, 甘肃 兰州 730050
2 中国钢研科技集团有限公司, 北京 100081
3 阳江市五金刀剪产业技术研究院, 广东 阳江 529533
以316L/Q345异种钢激光焊接接头为研究对象, 通过观察气孔和宏观偏析在焊缝横截面上的分布, 建立了匙孔不稳定条件下的气泡产生过程模型, 得出了对流混合区滞留气泡和凝固界面对气泡吸附作用是产生气孔主要原因, 通过热力学计算得到气泡附着固液界面前后表面自由能变化ΔGs<0, 得到气泡向固液界面扩散是自发过程; 基于对流混合区热量传输、动量传输、质量传输特性更易满足结晶热力学和动力学条件, 建立了穿透匙孔激光焊接接头横截面上宏观偏析形成过程, 认为结晶首先发生在对流混合区, 在熔池对流作用下, 被带入的非混合边界层在焊缝中过冷, 形成“岛状组织”; 或焊缝金属侵入非边界混合层, 形成“海滩组织”。
激光焊接 焊接气孔 宏观偏析 熔池对流 laser welding welding pores macrosegregation pool convection
北京化工大学 材料电化学过程与技术北京市重点实验室, 化工资源有效利用国家重点实验室, 北京 100029
本研究以空腔细胞组成的栓皮栎为原料, KOH为活化剂制备了具有多孔结构的栓皮栎软木基多孔活性炭。以此方法制得的活性炭呈薄片状外形, 最大比表面积达到2312 m 2/g, 具有特殊的微孔-介孔结构。在呈碱性的KOH三电极体系中, 0.1 A/g电流密度时比电容达296 F/g; 两电极体系中, 5 A/g时的比电容达到201 F/g, 循环5000次后电容保持率达99.5%。在呈中性的Na2SO4两电极体系中, 电流密度0.5 A/g (174 F/g)至50 A/g (140 F/g)时电容保持率达80.5%, 倍率性能良好, 能量密度高达19.62 Wh/kg。
软木 活性炭 互联孔结构 超级电容器 cork activated carbon interconnected pores supercapacitor
针对激光熔覆后, 部分材料基体表面会含有少量的微气孔, 微气孔的存在直接导致在激光冲击处理期间材料机械性能的改变。进行铝合金整合微气孔的激光冲击强化数值模拟, 在ABAQUS有限元软件中建立均匀基体和含有微气孔基体的二维轴对称有限元模型。研究熔覆层中的微气孔对激光冲击过程中, 冲击波速度、残余应力场、表面塑性变形以及能量变化影响的数值模拟, 对这些效应的基本机制进行了系统的研究。数值模拟结果表明, 与均匀基体相比, 微气孔周围存在显著的压应力, 为抑制裂纹的萌生提供有力条件; 微气孔的存在削弱了冲击波的传播速度, 平均速度下降约3.94%; 此外, 微气孔的存在影响最终的能量吸收。
激光冲击强化 微气孔 有限元 残余应力 laser shock peening micro-pores finite element residual stress
1 浙江工业大学激光先进制造研究院， 浙江 杭州 310014
2 浙江省高端激光制造装备协同创新中心， 浙江 杭州 310014
3 乌克兰国立科技大学激光技术研究所， 乌克兰 基辅 03056
采用稳态磁场和电场耦合形成定向洛伦兹力，基于多物理场耦合原理及网格变形法建立了定向洛伦兹力作用下的熔池模型，采用离散元法模拟了熔池内的气泡运动过程。与熔覆工艺条件相同但未施加外场时比较，结果显示，定向洛伦兹力具有优异的气孔调控能力。当洛伦兹力向上时，熔池的最高流速被抑制了62.5%，气泡运动方向向下偏转，熔覆层的气孔明显增多; 当洛伦兹力向下时，熔池的最高流速被抑制了25%，但气泡因所受浮力增大而逸出加速，熔覆层无气孔。仿真结果与实验结果吻合良好，验证了仿真模型的可靠性。
激光技术 激光熔覆 熔池 气孔 定向洛伦兹力 多物理场
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, 大连 116024
采用激光-钨极氩弧焊(TIG)复合热源对6061-T6铝合金进行了高速焊接，研究了焊接电弧电流、激光脉宽及脉冲频率等工艺参数对气孔形成的影响规律。结果表明，在6061-T6铝合金高速激光-TIG复合焊中，焊接速度的提高使得熔池冷却速度加快，焊缝组织出现细小的等轴晶，热影响区的软化区宽度减小。熔池冷却状态的变化造成“匙孔”稳定性降低并容易坍塌，焊缝中极易形成气孔。随着激光脉宽的增大，焊缝中的气孔数量减少，尺寸减小；随着激光脉冲频率的增大，焊缝中的气孔数量先减少后增加；当电弧电流从180 A增大到200 A时，焊缝中的气孔数量明显减少。
激光技术 复合焊接 高速焊 铝合金 气孔
1 浙江工业大学激光先进制造研究院, 浙江 杭州 310014
2 浙江省高端激光制造装备协同创新中心, 浙江 杭州 310014
3 上海电气电站设备有限公司汽轮机厂, 上海 201199
通过对HT250灰铸铁进行激光重熔试验, 研究了不同气氛保护条件下试样重熔区气孔的产生机理。研究结果表明, 在氩气保护条件下, 重熔区中的气孔为析出性气孔;在开放条件下, 重熔区的气孔为析出性气孔和反应性气孔。在相同工艺参数下, 当扫描速度较低时, 开放条件下重熔区的气孔比氩气保护条件下的多; 当扫描速度较高时, 两种气氛保护条件下重熔区的气孔情况基本相同。当激光能量密度较低时, 灰铸铁内部气体的析出是重熔区气孔形成的主要原因。
激光技术 激光重熔 灰铸铁 气孔
上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200240
采用脉冲激光在304不锈钢表面进行了微造型实验，并验证了微坑阵列的减摩效果。采用表面三维形貌仪和共聚焦显微镜，分析了脉宽、脉冲个数和辅助气体对微型貌的影响规律，建立了微造型几何尺寸与激光参数的关系。通过多功能摩擦磨损试验机进行了摩擦磨损实验，研究了在不同载荷和转速下微坑凸起对滑动摩擦性能的影响。实验发现，带有凸起的微造型试样有着更好的摩擦学性能。
激光加工 微造型 形貌 微坑凸起 laser processing surfacetexturing morphology bulges of micro-pores
