1 华中科技大学材料科学与工程学院, 湖北 武汉 430074
2 智能机器人研究院, 广东 东莞 523808
采用高功率光纤激光对20 mm厚Q345碳钢进行激光切割的工艺探究并观察切割后的重铸层和热影响区的微观组织。采用多组单因素实验, 对比研究了激光功率、切割速度、辅助气体压力、离焦量对切割质量的影响规律, 最佳工艺参数为激光功率8 kW、切割速度0.6 m/min、离焦量+10 mm、氧气辅助压力140 kPa、喷嘴直径1.4 mm、切割高度0.5 mm。通过SEM观察了切割后碳钢样品横截面的微观形貌, 发现了重铸层及热影响区与基材之间微观组织形态与尺寸的差异, 并分析了重铸层及热影响区微观组织的形成机理。研究成果有助于超高功率光纤激光切割技术在中厚钢板切割领域应用的推广。
中厚板激光切割 Q345碳钢 重铸层 微观组织 laser cutting of thick plate Q345 carbon steel recast layer microstructure
1 上海交通大学上海市激光制造与材料改性重点实验室, 上海 200240
2 中国人民解放军92730部队, 海南 三亚 572000
3 上海大陆激光科技有限公司, 上海 201306
为了提高海洋用钢的表面性能,采用激光熔覆技术在Q235钢板表面熔覆了QAl-7铝青铜合金,并对其组织以及熔合线处的铜渗透现象进行了研究。研究结果表明,铝青铜熔覆层在凝固过程中会发生液相分离以及过饱和脱溶现象,其组织主要由富铜相(Cu3Al、Cu9Al4)以及富铁相(AlFe3、AlFe)构成。熔池中的铜液沿着基体钢奥氏体晶界润湿扩展,在热影响区形成铜渗透现象。铜渗透深度与熔合区的宽度有关,熔合区越宽,铜渗透越深。通过控制激光熔覆工艺参数减少熔合区的宽度进而控制渗透深度,从而抑制铜渗透裂纹的产生。
激光技术 铜渗透 激光熔覆 碳钢 铝青铜 激光与光电子学进展
2019, 56(5): 051401
大连理工大学机械工程学院, 辽宁 大连 116024
采用热结构间接耦合方法，建立了含结合面的不锈钢碳钢层合板(SCLS)脉冲激光弯曲多层有限元模型(FEM)，通过分析脉冲激光扫描过程中不锈钢层、碳钢层及其结合面的温度场、应力应变场的分布情况，探讨了结合面对层合板激光弯曲角度和质量的影响。研究结果表明,整个激光弯曲过程中结合面处温度平滑传递，横向应力和应变均存在明显突变，变形结束后，上下覆层呈现横向残余拉应力，中间基层呈现横向残余压应力；当激光功率为140 W、扫描速度为800 mm/min、离焦量为10 mm时，结合面最大Z向应力为87.5 MPa，小于层合板界面结合强度(≥210 MPa)。通过脉冲激光扫描实验和模拟，实现了层合板的有效弯曲，实验结果与模拟结果误差小于5%，为层合材料激光弯曲成形提供了理论与实验依据。
激光技术 激光弯曲 不锈钢碳钢层合板 数值模拟 结合面 中国激光
2014, 41(11): 1103002
华中科技大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 430074
激光除锈作为一项新兴的清洗工艺，在碳钢表面除锈领域潜在巨大的发展前景。采用1 064 nm波长的连续光纤激光器，研究了激光功率、离焦量和扫描速度对激光除锈效果的影响，通过清洗前后碳钢表面元素含量的变化分析得到准确的优化工艺参数。由金相观察进一步论证了激光除锈的良好效果，并发现在激光作用下产生的硬化层有助于提高碳钢表面的硬度，达到理想的激光清洗效果。
激光除锈 工艺参数 碳钢表面 清洗效果 laser de-rusting process parameters carbon steel surface cleaning effect
武汉职业技术学院电子信息工程学院, 湖北 武汉 430074
采用脉冲激光和光纤激光分别对碳钢进行激光焊接工艺研究。通过优化焊接工艺参量, 均可以得到较好的焊接焊缝, 而且焊缝的显微硬度均大于母材。对两种不同类型激光焊接的焊缝形貌、微观组织、显微硬度进行对比分析, 发现光纤激光焊接的外观更平整, 焊缝质量更好, 焊缝组织的显微硬度提高了43%。
碳钢 连续激光 脉冲激光 激光焊接 carbon steel continuous laser pulsed laser laser welding
大连理工大学机械工程学院, 辽宁 大连 116024
针对不锈钢-碳钢层合板制备方法中结合面存在的缺陷问题，采用激光熔覆法制备金属层合板。调整激光功率和扫描速度两个主要工艺参数，研究其对层合板金相组织的影响。通过不锈钢-碳钢层合板金相组织分析以及拉伸试验研究，优化层合板激光熔覆工艺参数。结果表明：随着激光能量密度的增大，不锈钢-碳钢层合板界面波高依次呈0.01～0.03 mm、0.08～0.10 mm和0.11～0.14 mm三种形态，且熔覆层厚度逐渐增加。随着界面波高的增大，屈服强度逐渐增大，当不锈钢-碳钢层合板界面金相组织形态呈波高为0.11～0.14 mm时，屈服强度为410 MPa。激光熔覆制备方法获得了不锈钢-碳钢冶金结合及组织性能均良好的层合板，屈服强度和延伸率均达到了不锈钢层合板的标准要求，表明此工艺方法是可行的，为激光熔覆制备层合板的广泛应用提供了理论和试验依据。
激光技术 激光熔覆 不锈钢-碳钢层合板 金相组织 波高 拉伸强度 激光与光电子学进展
2014, 51(2): 021403
1 中国科学技术大学光学与光学工程系,安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学国家同步辐射实验室,安徽 合肥 230029
激光诱导等离子体光谱法作为一种新兴的元素成份分析方法近年受到广泛关注, 采用这种方法可以快速对物体进行元素成分的定量分析。在实验中用激光诱导等离子体光谱法 (LIPS) 来 测量碳钢中的碳含量。将Nd:YAG激光器发射的激光聚焦到样品表面产生等离子体,选择等离子体发射光谱中的193.09 nm碳 谱线进行分析。得到固态碳钢样品碳含量的定标曲线,检测限为460 ppm。这个结果说明LIPS方法可以用于钢铁中元素 成份的直接定量测量。
光谱学 激光诱导等离子体光谱 定量分析 定标曲线 碳钢 spectroscopy laser induced plasma spectroscopy quantitative analysis calibration curve carbon steel
1 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 上海团结普瑞玛激光设备有限公司, 上海 201111
采用2kW光纤激光器对16mm以下Q235-A碳钢进行切割，以3mm及10mm为例进行工艺分析。在工艺优化后，对各样件进行分析。分析了焦点距离、激光功率、离焦量、气压各参数对切缝形貌、粗糙度、条纹的影响。结果表明，与传统的激光器不同，光纤激光切割3mm的碳钢一般为正离焦，切割10mm碳钢一般选择负离焦。切割薄板时，为了提高速度，一般选择高功率、高气压切割。切割厚板时，确保切面质量，一般选择高功率、低气压。
工艺 光纤激光 碳钢切割 焦点 process fiber laser mild steel cutting focus
宁夏大学物理电气信息学院, 宁夏 银川 750021
运用多种测试分析方法,对碳钢和低合金钢经不同地区大气暴露腐蚀不同时间的带锈样品进行比较研究,从锈层物相组成、 结晶程度、锈层阻抗以及合金元素 赋存情况等多方面,对低合金钢耐大气腐蚀行为机制进行分析研究。
碳钢 低合金钢 大气腐蚀 光谱分析 物相 carbon steel low-alloy steel atmosphere corrosion spectral analysis rust phase
1 电子科技大学,应用物理系,四川,成都,610054
2 湛江师范学院,物理系,广东,湛江,524048
由于碳钢材料在许多领域有着非常广泛的应用,所以研究碳钢的无损探伤规律具有很重要的现实意义.为探究碳钢在脉冲红外热成像无损探伤中的规律,特设计A、B两种标准试件,利用脉冲红外热成像技术对两种标准碳钢试件中缺陷的大小和深度进行了定量化研究.研究结果表明,测量近表(l＜1.8 mm)小缺陷的大小时,应选择在热脉冲作用后约0.3 s进行,此时测量误差比较小,并且对深度小的缺陷进行大小的测量要比深度较大的缺陷困难.对于深度较大的缺陷,只要红外热图像清晰,测量误差都比较小.测量缺陷深度时,当缺陷直径大于6 mm时,测量误差比较小.当缺陷直径小于6 mm时,误差比较大,甚至无法探测到缺陷.由于热扩散,测量缺陷的深度应选择在热脉冲作用后的短时间内进行,以保证红外热图像的清晰度,减小测量误差.
碳钢 红外热成像 无损探伤 Carbon steel Thermography Nondestructive testing
