1 西安理工大学 机械与精密仪器工程学院，陕西 西安 710048
2 郑州机械研究所有限公司，河南 郑州 450052
3 广东工业大学 省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室，广东 广州 510006
随着工业领域金属薄壁构件设计的多样化，在高速激光切割的同时，对切口形貌质量也提出了更高的要求。本研究采用连续光纤激光器对0.2 mm厚度304不锈钢薄板进行切割实验，研究了毛刺和熔渣飞溅区产生的机理，重点讨论了加工工艺参数中的激光功率、切割速度、离焦量对毛刺堆积量和熔渣飞溅区宽度的影响关系，通过实验分析获得了最佳加工参数组合。研究结果表明，毛刺厚度随着激光功率、离焦量的增大而增加，随着切割速度的增大先降低后增加。熔渣飞溅区宽度随着激光功率的增大而增加，随着切割速度的增大而降低，随着离焦量的增大出现小范围波动。根据加工结果分析，当激光功率为125 W，切割速度为10 m/min，辅助气体压强为1.2 MPa，离焦量为−0.3~−0.5 mm，可以获得0.2 mm厚304不锈钢薄板较好的加工效果。
激光切割 薄壁 304不锈钢 毛刺 熔渣飞溅区 laser cutting thin wall 304 stainless steel burr slag splash zone 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230569
1 西安航天发动机有限公司，陕西 西安 710100
2 航天推进技术研究院，陕西 西安 710100
为进一步提高冲压发动机火焰筒基体与加强环之间的焊接强度，考虑产品的实际结构，设计了4种不同形状的焊点，即环形、C形、椭圆形和S形焊点，对比研究了这4种焊点的性能差异。首先采用激光焊接方法对GH3230高温合金薄板进行搭接焊接试验，然后比较4种焊点在焊缝成形、力学性能、断裂行为以及微观组织方面的差异，最终确定了最优的焊接方案。结果表明：当搭接区域的面积一定时，新提出的S形焊点因为具有焊接熔合面面积大、焊缝不闭合留有应力释放区等优点，抗剪性能更优且焊缝成形质量良好；S形焊点焊缝的抗剪强度为原环形焊点焊缝的1.8倍，适合用于火焰筒等薄壁类产品的焊接。
激光技术 焊点形状 薄壁零件 焊接强度 高温合金GH3230
为了探索在非水平基面上激光增材制造薄壁件的成形规律，拓展激光增材修复技术的广泛应用。基于激光内送粉技术，分别在0°~150°的倾斜基板上进行薄壁件的成形试验，研究了不同倾斜角度下薄壁墙的成形规律，并分析了非水平基面下熔池的受力规律。试验结果表明：随基板倾斜角度的增大，薄壁墙的总体宽度及高度增大，熔池长度变短；随着基板倾斜角度的增大，成形件尾部塌陷越来越严重，在基板角度150°时，产生最大角度为21°的斜坡。该研究结果可以为非水平基面上激光增材制造及修复提供参考价值。
激光技术 激光增材修复 内送粉 非水平基面 薄壁墙 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0114008
1 郑州轻工业大学, 河南 郑州 450001
2 河南黄河旋风股份有限公司, 河南 许昌 461500
激光熔覆技术在薄壁修复领域的推广应用受到基体失稳变形的限制, 本文通过2 mm薄板的熔覆试验探讨失稳变形机制、熔合区域及基体表层的物相组成变化、微观组织及显微硬度等性能的变化特征。结果表明: 激光熔覆316L在08钢薄板表面, 基体产生挠曲和内凹缺陷, 热应力在失稳变形中起到决定性作用; 薄板表层熔合区域产生约5 μm光亮的平面晶熔合带, 且熔合带的物相含量和力学性能均接近熔覆合金; 薄板基体的热影响区产生30 μm的单层晶粒粗化带; 由于不均布的残余应力的存在, 显微压痕周围材料出现局部隆起。
激光熔覆技术 薄壁修复 失稳变形机制 熔合带 显微压痕 laser cladding technology thin wall repair instability deformation mechanism the fusion zone micro indentation
北京工业大学激光工程研究院高功率及超快激光先进制造实验室, 北京 100124
薄壁密集焊缝结构是航空航天、造船及轨道交通等领域的重要结构形式,光纤激光焊接是该类结构有效、可靠的加工方法。构件变形和尺寸收缩是该类构件密集焊接时面临的两个主要技术难题。采用高频随焊冲击的方法进行相关试验,分析该方法对焊缝形貌、表面应力、焊接变形及尺寸收缩的影响规律。通过搭建专用装置模拟了薄壁密集焊缝结构的焊接,将随焊高频冲击位置设置在熔池后方的高温焊缝区。试验结果表明:针对GH3128高温合金薄板,该方法可将焊缝焊后的纵向残余应力由无冲击时的均值390.9 MPa调整为116.1 MPa,减小了约70%;该方法可将构件垂直于焊缝方向的翘曲变形量降低74.5%,将沿焊缝方向的尺寸收缩降低80%;针对06Cr19Ni10材料的圆筒形薄壁构件的多道焊接试验,随焊高频冲击可将构件的尺寸收缩由无冲击时的0.95 mm减小到0.29 mm。
激光技术 光纤激光焊接 随焊高频冲击 薄壁结构 尺寸收缩 焊接变形
河南科技大学 机电工程学院, 河南 洛阳 471003
为了实现轴承故障智能诊断, 对基于信息融合的机器人薄壁轴承故障智能诊断方法进行研究。首先, 采用声发射和振动传感器, 搭建了机器人薄壁轴承试验与多信息数据采集系统; 然后, 以薄壁单列角接触球轴承ZR71820为对象, 在轴承外圈、内圈和滚动体上分别制作点蚀、裂纹缺陷, 用正交试验法采集不同缺陷类型、不同当量载荷及不同转速状态下薄壁轴承在试验过程中的声发射和振动信号; 最后, 选取时域中均方根值和峭度指数及频域中均方根频率作为振动、声发射信号的特征参数, 分别进行了基于单一振动、声发射信号的薄壁轴承故障诊断, 并采用SOM与BP神经网络将试验过程中的振动和声发射信号的特征信息进行融合, 研究了基于信息融合的机器人薄壁轴承故障智能诊断技术。结果表明: 基于振动信号故障诊断的正确率为85.7%; 基于声发射信号故障诊断的正确率为81.0%; 基于BP神经网络信息融合故障诊断的正确率为93.5%; 基于SOM神经网络信息融合故障诊断的正确率为95.2%。基于SOM神经网络信息融合的薄壁轴承故障智能诊断比单用振动或声发射信号的诊断正确率分别高出9.5%和14.2%, 比用BP神经网络信息融合故障诊断的正确率高1.7%。
薄壁轴承 多信息融合 故障诊断 神经网络 智能诊断 thin wall bearings multi-information fusion fault diagnosis neural network intelligent diagnosis
增材制造（3-D打印）作为一种近净成形技术,为钛合金薄壁件高质量毛坯制造提供了新途径,但在薄壁件成形过程中产生的变形与残余应力会影响试件的成形质量与后续加工。为了解决这一问题,采用激光选区熔化成形TC4钛合金薄壁件,研究了激光功率、扫描速率、薄壁厚度和扫描路径方向对试件变形与残余应力的影响,测量了试件不同深度的表面残余应力。结果表明,变形主要在薄壁件顶层两侧,最大残余应力主要分布在试件底层与薄壁件中间;当激光功率为180W、扫描速率为1200mm/s时,试件变形最小；当壁厚为0.6mm、扫描路径方向45°时,试件残余应力最小;薄壁件的未处理表面残余应力大于内层表面残余应力。该研究为钛合金薄壁高质量毛坯制造提供了技术帮助。
激光技术 激光选区熔化 TC4钛合金薄壁件 变形 残余应力 laser technique selective laser melting TC4 titanium alloy thin-wall parts deformation residual stress
东北大学机械工程与自动化学院， 辽宁 沈阳 110819
通过建立周向倾斜薄壁圆环模型，得到了周向偏移量和倾斜角之间的关系; 通过优选周向偏移角，并基于激光熔覆近净成形技术，获得了结构稳定、高度和宽度误差较小的周向悬臂薄壁圆环。结果表明，满足熔覆要求的熔覆件的偏移角为0.75°，倾斜角为25.95°; 周向倾斜薄壁圆环成形较优的工艺参数组合是周向偏移量为0.11 mm，Z轴提升量为0.224 mm。
激光技术 激光近净成形 悬臂结构薄壁件 周向偏移角
1 中国科学院沈阳自动化研究所装备制造技术研究室, 辽宁 沈阳 110016
2 中国科学院大学, 北京 100049
采用数值模拟方法, 研究了激光冲击不同厚度钛合金零件时沿零件表面和深度方向的残余应力场分布规律, 并通过动态分析, 研究了冲击波在不同平面间的反射情况。结果表明, 当其他参数不变时, 试样的正面残余应力随厚度的增大而增大, 而反面残余应力随厚度的增大先增大后减小。当试样厚度为4 mm时, 正面显微硬度最大值为440.2 HV；当试样的厚度为2 mm时, 反面显微硬度最大值为416.1 HV。冲击波与声阻抗接触面作用产生的拉伸波与压缩波对残余应力场的分布有显著影响。
激光技术 激光冲击强化 薄壁件 钛合金 数值模拟 残余应力场
基于光内送粉技术, 进行了空间密排多元扭曲薄壁件的成形研究, 获得了熔覆喷头的空间运动轨迹及姿态; 根据熔覆层截面与工艺参数之间的解析关系和单道实验, 建立了高度工艺模型, 并进行了二元扭曲薄壁成形; 采用间歇熔覆工艺, 完成了多元扭曲密排叶片的堆积。检测结果表明, 成形件表面平整, 叶片单元最小间隙为6.5 mm, 叶片厚度基本稳定在2.7 mm; 各部位组织致密、显微硬度分布较均匀。
激光技术 激光熔覆 光内送粉 多元密排扭曲薄壁件 离散分层
