对两种不同O含量(5 300 ppm和350 ppm)的12CrNi2合金钢粉末进行了激光增材制造(LAM)成形, 发现低O含量合金钢粉成形后抑制了孔洞及氧化物夹杂形成, 导致合金钢抗拉强度和延伸率明显提高。

为了更形象直观的反映病变组织的位置、大小和形状, 利用高灵敏、大角度接收的多元线性阵列探测器接收光声信号, 并将多元线性阵列探测器进行平面扫描, 得到光声信号的三维数据, 再采用滤波反投影算法将探测到的三维数据直接在整个3D空间进行反投影重建, 得到了模拟血管、铅笔芯和鸡肝的3D重建图像。由实验结果表明, 通过该方法和系统构建的3D图像分辨率较高, 对比度较好, 其x、y、z方向的分辨率分别为0.67、0.34和1 mm。该装置和成像方法将为以后临床病变组织的3D光声成像检测提供一定的技术支持。

为了解决盒装牛奶坏包的无损检测问题, 从牛奶变质过程中流变学特征即粘度变化的角度出发, 建立了盒装牛奶随机激励下的振动系统动力学模型, 分析了牛奶粘度和振动系统阻尼比之间的关系, 采用二维激光测振系统设计了基于动力学参数测量的牛奶无损检测装置, 通过分析随机激励下的液态奶的振荡特性, 研究了牛奶变质前后不同粘度下, 系统阻尼比的变化, 实验研究表明, 相比较未变质时, 盒装牛奶变质后, 粘度增加了67.7%, 阻尼比增加了152.6%, 系统的阻尼比有明显增加, 其量值对牛奶质量的变化反应更敏感, 采用盒装牛奶阻尼比判别域对牛奶品质实现无损检测的方法经济方便, 灵敏度较高, 可用于盒装乳品的质量检验及质量控制。

激光测照器应用于地面指示设备时, 需对基本参数进行智能设置, 并对整机状态进行实时显示与监控。为此, 运用OLED显示模块, 以单片机处理器为核心, 在供电电路、驱动电路及显示电路的基础上, 设计了一款控制电路, 通过按键的硬件触发与软件的控制程序, 实现对激光测照器的参数设置与状态监测。试验结果表明: 该控制电路及OLED显示屏不仅能够完成不同时统方式、不同激光发射频率的设置, 而且可实时监控激光测照器的工作状态、主波状态、回波状态、环境温度、测距数值等基本状态, 同时具有-40～＋60 ℃温度范围的环境适应性, 也可承受总均方根值为5.46 g的随机振动, 满足了不同恶劣条件下的环境应用, 通过了整机的基地试验, 具有较高的可靠性, 为OLED模块在激光测照器上的工程应用提供了指导价值。

介绍了一台工业级大能量光纤耦合激光二极管(LD)端面泵浦皮秒脉冲激光器。装置利用Nd:YVO4晶体作为增益介质, 通过半导体可饱和吸收镜(SESAM)获得重复频率93.85 MHz、脉冲宽度15.8 ps、单路输出功率200 mW的锁模脉冲序列。放大器采用LD端面泵浦Nd:YAG晶体提供增益, 其中, 再生放大器实现了重复频率在1～20 Hz范围内可调, 且单脉冲能量106倍率的选脉冲放大, 双通行波放大器对脉冲进行再次放大, 最终获得了单脉冲能量为12 mJ的皮秒激光输出。

针对当前激光深熔焊接过程中由于焊接速度快、干扰因素多而导致焊接质量难以实时在线监控的问题, 通过理论分析研究激光焊接过程中产生的等离子体、羽辉、可见光等光电信号以及熔池、小孔的图像信息与焊接状态、焊缝质量之间的内在关系。分别介绍了国内外不同学者在熔池及小孔、等离子体信号、焊缝熔透状态及羽辉光谱信号监测等方面的研究方法和研究成果, 并重点介绍机器视觉在激光深熔焊接过程质量在线监测中的研究现状及发展趋势。

激光增材制造技术是一门新兴的材料加工技术, 该技术在航空航天、快速原型制造、生物医疗等领域有着广泛的应用。激光增材制造过程中熔池温度是影响熔池尺寸及稀释度的主要因素, 通过对熔池温度的定量控制能够有效地提高零件成形的尺寸精度和力学性能。设计了一套基于状态空间方程的激光增材制造熔池温度预测控制系统, 该系统利用比色高温计采集熔池温度, 通过实时地调节激光功率实现对熔池温度的控制。设计的对比实验表明该系统能够实现熔池温度的定量控制, 提高制造过程的稳定性, 进而提高激光增材制造的质量。

1995年, 台湾清华大学的叶均蔚教授首次提出“高熵合金”的概念, 这和只存在一个主要基体元素的常规合金设计不同, 是一种新的合金设计理念。近二十年, 来自世界各国的科研专家对高熵合金已经进行了广泛研究。重点介绍了高熵合金的研究现状和激光熔覆制备高熵合金涂层的工艺。

目的: 探讨准分子激光角膜原位磨镶术(Laser in situ keratomileusis, LASIK)术后分别使用典必殊及氟美童滴眼液, 术后1周、2周、1月、3月眼压的变化。方法: 180例(360只眼)近视眼患者, 进行LASIK手术, 术后分成典必殊和氟美童两个组各90例(180只眼), 每组又分为: A 组低度近视组(0～-3.0 D); B 组中度近视组(-3.25～-6.0 D); C 组高度近视组(≥-6.25 D)。观察术后1周、2周、1月及3个月眼压的变化。结果: 典必殊组眼压明显大于氟美童组, 典必殊组术后1周高眼压比率分别为26.7%、25%、20%, 术后2周比率明显降低, 术后1月比率稍有增高, 术后3月眼压几乎恢复正常, 氟美童组术后1周高眼压比率分别为10%、5%、6.7%, 其余月份为0。结论: 典必殊与氟美童均能很好的控制LASIK术后炎症反应, 氟美童较典必殊更安全, 术后早期应监测眼压。

目前应用激光热疗治疗肿瘤的研究比较多, 但是激光联合光敏剂治疗肿瘤过程中肿瘤组织的三维温度分布的研究比较少。为了分析激光热疗过程中肿瘤及周围组织的三维温度分布情况, 本实验首先运用红外热像仪监测激光联合吲哚菁绿治疗荷乳腺瘤小鼠过程中肿瘤表面的温度变化; 其次, 运用蒙特卡洛(Monte Carlo)原理模拟激光在生物组织中的光分布, 进一步利用COMSOL Multiphysics构建激光热疗过程中肿瘤及周围组织温度的三维分布仿真模型。结果显示实际测量肿瘤表面最高点温度和仿真模拟肿瘤表面最高点温度分布吻合度较好; 有光敏剂的肿瘤组织温度比没有光敏剂的肿瘤组织温度升高约20 ℃; 模型中可见肿瘤组织不同部位温度可相差15 ℃左右。该模型可以分析肿瘤以及周围组织的温度时空分布情况, 了解激光热疗治疗肿瘤的效果, 该模型为激光热疗的应用提供参考作用。

目的: 报告1例飞秒激光治疗移植物抗宿主病相关性白内障患者。方法: 对一名男性异基因造血干细胞移植术后2年患者的白内障情况进行诊治并追踪。患者, 男, 29 岁, 异基因造血干细胞移植术后2年, 双眼视力渐进性下降1年余, 影响日常自理生活。眼部体征: Vod:0.06→0.2, Vos:CF/眼前(矫不应); NCT:R 11.2 mmHg, L 16.7 mmHg, 泪液分泌试验: R 5 mm/5 min, L 2 mm/5 min, 双眼结膜混合充血(++++), 右眼晶体后囊下皮质呈砂锅底样混浊; 左眼角膜中央实质层云雾状混浊并见大量新生血管, 晶体全白色混浊。诊断: 1.双眼并发性白内障, 2.左眼角膜斑翳, 3.慢性移植物抗宿主病, 4.急性淋巴细胞性白血病, 5.异基因造血干细胞移植术后, 6.糖尿病。予右眼行白内障超声乳化摘除联合人工晶体植入术, 左眼行飞秒激光辅助白内障超声乳化摘除联合人工晶体植入术。结果: 患者术后视力Vod: 0.4, Vos: 0.04, 目前患者生活自理已完全不受影响。结论: 飞秒激光辅助白内障超声乳化摘除联合人工晶体植入术对特殊患者亦具有很高的安全性及手术效果。

目的: 探讨不同光敏剂浓度和不同光照时间的HMME-PDT对大鼠口腔混合菌菌斑生物膜的抑制效果, 确定最佳光敏剂参数和时间参数, 并在此基础上探讨HMME-PDT在抑制混合菌菌斑生物膜的优势, 为PDT应用于龋病的预防提供理论与实验依据。方法: 以 Wistar 大鼠构建混合菌致龋模型。将其随机分组: A组为生理盐水阴性处理组, B组为氟化钠阳性对照组, 其余组别根据光敏剂浓度的不同, 分为C1组20 mg/L, D1组30 mg/L, E1组40 mg/L, F1组50 mg/L, G1组60 mg/L, 避光孵育5 min后, 波长为532 nm的半导体激光器照射90 s, 光斑半径为0.5 cm, 功率密度为0.14 W/cm2。根据照射时间的不同, 分为C2组30 s, D2组60 s, E2组90 s, F2组120 s, G2组150 s, 光敏剂浓度40 mg/L避光孵育5 min后用波长为532 nm的半导体激光器照射, 光斑半径为0.5 cm, 功率密度为0.14 W/cm2照射。实验处理后取样, 通过平板菌落计数法观察各组对大鼠口腔混合菌生物膜的抑制作用, 原子吸收分光光度计测定光动力疗法作用后大鼠口腔混合菌生物膜的钙离子溶出量, 评价HMME-PDT对大鼠口腔混合菌菌斑生物膜的抑制作用。结果: 1.不同光敏剂浓度下HMME-PDT对大鼠口腔混合菌菌斑生物膜抑菌效果的影响。平板菌落计数结果显示: 不同光敏剂浓度的各组抑菌率随光敏剂浓度的增加而增高。与阴性对照组及阳性对照组相比E1组有明显差异。2.不同光照时间下HMME-PDT对大鼠口腔混合菌菌斑生物膜抑菌效果的影响。平板菌落计数结果显示: 不同光照时间的各组抑菌率随时间的增加而增高。与阴性对照组及阳性对照组相比E2组有明显差异。3.原子吸收分光光度计测定钙离子溶出量结果显示, 在48小时内, 各组钙离子溶出量(μg/ml)随时间的延长而增加。与阴性对照组相比PDT组各时间点的钙离子溶出量均显著减小(P＜0.05)。与阳性对照组相比PDT各组均能使钙离子溶出量减小(P＜0.05), 其中E1组与E2组改变最明显。结论: HMME-PDT对大鼠口腔混合菌生物膜有明显抑制作用, 实验证实HMME-PDT最佳光敏剂浓度为40 mg/L, 最佳光照时间为90 s。光动力疗法能有效抑制大鼠口腔混合菌菌斑生物膜中的致龋菌, 可减少早期龋病的钙离子溶出量, 不但阻止了釉质继续脱矿, 而且促进了釉质的再矿化。PDT在龋病的预防中具有广阔的临床应用前景。

为了提高收割机刀片的使用寿命, 采用激光熔覆工艺在45#钢表面制备了中锰铁基合金激光熔覆层。利用扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计和MLD-10型动载磨料磨损试验机分析了熔覆层的显微组织, 测试了涂层的显微硬度和冲击磨料磨损性能。结果表明: 涂层与基体形成冶金结合, 涂层无裂纹、气孔等缺陷。激光熔覆层的显微硬度为500～600 HV, 激光熔覆层与渗碳试样相比具有较高的抗冲击磨料磨损性能, 能够提高收割机刀片的使用寿命。

采用光纤激光器对奥氏体不锈钢锁底型焊缝结构进行焊接, 分析焊接工艺对焊缝成形和气孔缺陷的影响, 优化工艺参数, 考察接头静态拉伸性能。结果表明: 随着焊接速度的增大, 焊缝形貌的熔深、熔宽出现下降趋势; 相反随着激光频率的增加, 焊缝形貌的熔深、熔宽增大。焊接速度相对于激光频率对气孔率影响更加显著。在激光功率P＝3.5 kW, 速度V＝2.5 m/min, 激光频率f＝35 Hz, 可获得成形良好、无缺陷的焊缝, 焊缝气孔率为2%, 平均抗拉强度为母材强度的94.7%。焊缝形貌为T字形柱状树枝晶组织。

对比了单激光焊接、单MAG焊接、Laser-MAG复合焊接三种焊接方式焊缝的表面成型以及熔深变化规律。探讨了激光束与电弧相互作用规律, 分析了在不同激光功率水平下加入电弧后对焊缝熔深的影响规律, 得出了焊缝熔深取决于激光功率, 电弧的加入对焊缝熔深影响较小, 其在一定条件下可以增大焊缝熔深, 也可能减小焊缝熔深。

对奥氏体不锈钢薄板的激光焊接过程进行数值模拟分析, 得到不同焊接工艺条件下的瞬态温度场分布和接头残余应力分布。结果表明, 激光焊接温度场具有准稳态特征, 等温线呈椭圆形, 在移动热源的前方等温线密集, 后方等温线稀疏。随着脉冲能量的增大, 焊接热循环曲线的峰值温度升高。接头残余应力场模拟计算结果表明, 沿垂直于焊缝方向的横向残余应力值大于纵向残余应力值。对焊接热循环曲线与接头微观组织之间的关系进行分析, 结果显示, 峰值温度的高低与冷却速率的大小对焊缝微观组织具有较大影响。接头区域的显微硬度测试表明, 熔合线附近的硬度高于焊缝金属与母材本身的硬度。

采用脉冲激光点焊的方法, 对厚度为1.5 mm的锆基非晶合金实现了有效连接, 并研究了激光峰值功率、脉宽和离焦量及三者之间的交互作用对焊点表面直径、熔深和单个焊点承受最大载荷的影响, 基于响应面优化方法对焊接工艺参数进行优化, 建立焊点表面直径、熔深和单个焊点承受的最大载荷与激光峰值功率、脉宽和离焦量之间的数学模型, 对数值模型进行了验证。脉冲激光点焊厚度为1.5 mm的锆基非晶合的优化出工艺参数为峰值功率1.2～1.21 kW, 脉宽5.96～6.0 ms, 离焦量-1.78～-2.00 mm。在此焊接参数范围内, 焊点表面直径为0.892～0.895 mm, 熔深为2.479～2.514 mm, 单个焊点能承受的最大载荷为109.2～110.3 N。研究结果表明, 随焊接峰值功率和脉宽的增大, 焊点表面尺寸和熔深增加, 热影响区的晶粒尺寸增大。当热影响区出现纳米晶粒时, 单个焊点能承受的最大载荷呈增大趋势, 当晶粒长大至4 μm后, 单个焊点能承受的最大载荷呈减小趋势, 其原因为大晶粒的出现导致大量位错聚集, 成为微观裂纹源。离焦量主要影响熔深, 随着离焦量由-2.0 mm变化至-0.4 mm, 熔深逐渐减小, 而单个焊点能承受的最大载荷和表面尺寸变化较小。

为系统地分析激光焊接温度场的分布与焊接熔池参数之间的关系, 以TC4钛合金激光焊接为研究对象, 利用ANSYS软件建立有限元模型, 通过模拟计算获得温度场分布云图、热循环曲线。利用计算获得的温度场分布云图、热循环曲线预测激光焊接熔池的形状及停留的时间, 建立激光焊接温度与熔池深度的关系。研究结果表明, 模拟计算结果与实验数据非常吻合, 证明理论分析的可行性; 温度与熔池深度成正比关系, 在一定范围内, 温度越高, 相应的熔池深度越大, 计算结果显示, 焊件表面最高温约为250 ℃, 对应的最大熔池深度约为1.7 mm。

为了研究实际接触条件对塑料激光透射焊接温度场分布的影响, 建立了基于体热源和考虑接触热阻的热传递模型的三维瞬态有限元热分析模型, 采用C语言编写的APDL子程序实现体热源的动态加载, 考虑温度对材料的影响, 使得温度场分布更符合实际状况。采用该模型对PC塑料激光透射焊接过程进行模拟, 分析不同接触热阻和功率下温度场的分布, 并与不考虑接触热阻的体热源模型模拟的结果、试验结果进行对比。结果表明, 考虑接触热阻的体热源模型模拟得到的焊缝分布更符合实际情况, 表明该模型可以较好的表征接触热阻对透射焊接的影响, 并且可以准确的预测焊缝的尺寸。

为了探讨激光表面微织构加工技术对氧化铝陶瓷和氮化硅陶瓷凹槽型表面微织构的制备能力, 采用短脉冲皮秒激光器探究平均功率、扫描速度、重复次数等工艺参数对表面织构结构形貌和质量的影响。结果表明: 氧化铝陶瓷在功率8.3 W, 扫描速度800 mm/s, 重复次数10次时, 凹槽呈U型,加工效果较好; 氮化硅陶瓷在功率40.6 W, 扫描速度800 mm/s, 重复次数10次时加工效果较好, 且皮秒激光对氧化铝陶瓷的加工效率高于氮化硅陶瓷。氮化硅陶瓷加工凹槽底部有白色氧化物层产生, 对氮化硅凹槽形貌有较大影响。

将TiBCN粉末用于45钢激光熔覆, 为激光3D打印等增材制造探索新陶瓷添加材料, 把TiBCN粉末和合金粉末混合作为熔覆材料, 采用5 kW CO2激光进行激光熔覆。用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析熔覆层TiBCN颗粒形貌和组织结构。激光熔覆层的TiBCN颗粒发生部分熔化, 相互连接, 自动组装成枝晶状组织; 熔覆层底部与基体金属呈冶金结合状态; 熔覆层的硬度随TiBCN含量增加而提高, 含量为90%时达到1 200 HV, 耐磨性比基体明显提高, 4 000 W激光熔覆层的硬度和耐磨性优于3 500 W。研究结果表明, TiBCN粉末是一种适合激光熔覆的新陶瓷材料, 有希望用于激光3D打印等其它激光增材制造。

针对石油钻探井口机械在长期高频、高负载工况条件下重要受力部件牙板极易磨损的问题, 采用激光在牙板表面制备阵列凹坑, 以提高其耐磨损性能。利用波长1 064 nm、功率500 W的多功能脉冲激光加工机对牙板 42CrMo合金钢表面进行激光织构化处理, 制备出直径为800 μm, 间距分别为1.8、1.5、1.2 mm的阵列凹坑; 分别用金相显微镜和超景深三维显微镜观察试件表面二维和三维形貌; 利用MMH-5环块三体摩损试验机进行了摩擦实验, 通过摩擦前后的试件质量差和磨损区域表面厚度的变化, 比较了激光织构化处理前后表面的耐磨损效果, 分析了耐磨损的机理, 并研究了阵列凹坑不同间距对滑动摩擦耐磨性能的影响。结果表明, 在相同摩擦工况条件下, 阵列凹坑激光织构化表面比未织构表面耐磨损性能要好, 并且凹坑占有率越大, 磨损量越小, 间距为1.2 mm的织构化表面磨损量减少86.03% 。磨损机制主要为磨粒磨损。阵列凹坑结构化表面耐磨损性能提高的主要原因有: 一是激光相变硬化作用, 提高了试件表面硬度; 二是阵列凹坑织构表面在摩擦过程中对犁沟起到破坏作用, 从而减缓了磨粒磨损。

使用光纤激光加工设备, 采用单因素分析法, 在Cr12mov模具钢试样上进行系统的激光毛化工艺实验研究, 以获得不同种类特征的毛化形貌和优化的工艺参数, 并对加工区域表层材料的机械力学性能进行检测。实验结果表明: 在不同的工艺参数下, 分别获得了球冠状、凹顶球冠状和火山口状三种毛化形貌; 不同的工艺参量对毛化形貌有着显著的影响, 毛化形貌的直径和高度, 随激光功率和脉冲宽度的增大而呈增大趋势, 也随辅助气体氮气压力的增大, 呈先减小而后迅速增大。毛化点熔凝区组织高度细化, 主要为隐晶马氏体, 具有较高的显微硬度, 最大硬度可达647.6 HV, 大约是基体的2.2倍。

为了实现线路板的短流程制作, 采用飞秒激光对覆铜板进行刻蚀实验, 探索不同飞秒激光工艺参量(平均功率、扫描速度、扫描次数、离焦量)对刻蚀深度和底面粗糙度的影响。应用扫描电子显微镜、三维轮廓仪和能谱仪等检测技术对覆铜板刻蚀质量进行检测。结果表明: 由于正离焦的散焦光束和负离焦的聚焦光束的传播特征不同, 使得在同样离焦量的情况下, 负离焦作用到烧蚀面的激光能量更加集中, 加工深度更深。采用优化的激光参数, 可以在铜厚规格约为18 μm的覆铜板上刻蚀出深度为17.76 μm, 粗糙度为0.52 μm的良好窗口, 实现表层铜完全刻蚀, 并保证环氧树脂基底的完整性。

从实验研究角度探讨了激光精微打孔过程中孔深度方向上的几何特征随激光工艺参数的变化规律。为更精确描述深度方向上孔型几何特征的变化, 采用不同深度位置上的孔直径、局部锥度作为激光成孔的几何量化指标并加以研究。实验工艺参数包括激光束的离焦量和脉冲个数。通过实验, 建立了孔型几何参数与激光工艺参数之间的量化关系。研究发现, 离焦量对孔型几何特征具有显著的影响, 上锥度随离焦量的增加呈近似线性递减的趋势, 最终趋于零锥度; 而下锥度随离焦量的增加呈先下降后上升的趋势, 在-0.5 mm～＋0.5 mm的离焦量范围内出现零锥度。脉冲个数对孔几何形状的影响在大离焦的情况下才比较明显, 并且一旦形成通孔, 脉冲个数将不会对孔形状产生任何影响。

扭曲面作为一种典型三维曲面件, 有着广泛的应用, 但由于形状复杂, 成形困难。激光热成形利用热累积成形, 加工中不直接接触板件, 具有很好的加工柔性, 是三维曲面件成形的重要工艺途径。阐述了扭曲面激光热成形工艺内容, 通过曲面展开算法, 获取展开曲面形状; 利用特征应变, 形成激光加热路径在展开曲面上的分布; 结合工艺数据库, 完成各激光加热路径上的加工参数确定。基于激光加工实验平台, 对扭曲面进行了实验加工, 结合形貌测量, 扭曲面的形状均方误差为421.2 μm, 验证了提出的曲面展开、加工路径和工艺参数规划方法的有效性, 为复杂曲面成形提供了技术方法。