期刊基本信息
创刊:
1981年 • 双月刊
名称:
应用激光
英文:
APPLIED LASER
主管单位:
上海科学院
主办单位:
上海市激光技术研究所
出版单位:
应用激光
主编:
王之江
ISSN:
1000-372X
刊号:
CN 31-1375/TN
电话:
021-64700560-4
邮箱:
地址:
上海市宜山路770号
邮编:
200233
定价:
55元/期

本期栏目 2018, 38(4)

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应用激光 第38卷 第4期

作者单位
摘要
应用激光
2018, 38(4): 1
作者单位
摘要
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 410000
薄壁成形一直是增材制造中的研究难点, 建立了粉末浓度和熔覆层截面形状的关系模型来研究增材制造中已成形的熔覆层对粉末浓度的影响, 而粉末浓度的变化会影响沉积实体的尺寸和形状精度。结果表明, 不同的熔覆层形貌会导致不同的粉末浓度分布, 从而进一步影响横截面轮廓。在搭接区域由于熔覆层截面轮廓的切向角, 粉末浓度在搭接区域的底部突然减小。沉积熔覆层的宽度与高度的比较大所引起的粉末浓度的增加小于较小宽高比的影响。粉末浓度的变化也会影响熔覆层的宽度和高度。另一方面, 由于粉末浓度的增加, 吸收了更多的激光能量, 导致激光能量密度在搭接的区域下降, 产生孔洞等缺陷。增大熔覆层的宽高比可以减小已成形的截面形状对粉末浓度的影响, 从而减少缺陷, 同时也能减少孔隙的产生, 实验也证实了这一点。
薄壁结构 粉末浓度 熔覆层截面 同轴激光熔覆 thin-walled structure powder concentration cladding layer section coaxial laser cladding 
应用激光
2018, 38(4): 511
作者单位
摘要
1 华中科技大学 材料成形与模具技术国家重点实验室, 湖北 武汉 430074
2 黑河象山水电厂, 黑龙江 黑河 164300
3 湖北工业大学工程技术学院, 湖北 武汉 430064
以铸造WC作为增强颗粒, 配合NiBSi自熔合金粉末, 采用激光熔注技术制备WC/NiBSi颗粒增强复合材料层。利用XRD、SEM和EDS对复合材料层的物相和微观组织进行表征分析, 利用维氏硬度计对复合材料层沿深度方向进行测试分析, 进行了室温干滑动摩擦磨损实验, 分析了复合材料层的耐磨损性能。研究表明, 复合材料层相组成主要有WC、W2C、M6C、(Fe, Ni), 碳化物主要以块状和破碎状存在于金属基体。复合材料层的平均硬度分别为525.04 HV0.2(L)、543.05 HV0.2(M)和564.92 HV0.2(H), 较基材有显著提升。复合材料层的磨损体积分别为淬火态H13钢的45%(L)、33%(M)和21%(H), 耐磨损性能优异。
激光技术 金属基复合材料 激光熔注 微观组织结构 磨损性能 laser technology metal matrix composite laser melt injection microstructure wear properties 
应用激光
2018, 38(4): 517
作者单位
摘要
1 山东能源重型装备制造集团有限责任公司, 山东 泰安 271000
2 陆军装甲兵学院, 北京 100072
使用自行设计的WC颗粒增强镍基合金粉末, 在煤矿用刮板运输机中部槽上成功制备了Ni50+WC激光熔覆层, 并对其裂纹敏感性和耐磨损性能进行了测试分析。研究表明, 当合金粉末组成为35% Ni50+65% WC时, 熔覆层表面及截面组织均不存在明显裂纹, 其开裂敏感性仅为5 mm/cm2; 摩擦磨损实验中, 磨损1 h时熔覆层的磨损失重仅为0.1 mg, 分别是1# 粉末70% Ni50+30% WC熔覆层与Fe90熔覆层的1/2和1/6。工业应用表明, 相比于传统熔覆材料, 使用35% Ni50+65% WC粉末制备出的熔覆层耐磨性能更优异、使用寿命更长久。
激光熔覆 中部槽 裂纹敏感性 耐磨性能 laser cladding middle chute crack sensitivity wear resistance 
应用激光
2018, 38(4): 522
作者单位
摘要
湖北工业大学机械工程学院, 湖北 武汉 430068
针对镍基合金在熔覆过程中成形质量难以控制的问题, 通过建立3因素、4水平的正交试验参数表, 在完成22组实验样本数据的基础上, 建立经遗传算法优化的误差反向传播的神经网络模型, 通过激光加工工艺参数预测熔覆层宏观形貌, 形成两者之间的高度映射关系。采用极差分析法找出工艺参数对熔覆层宏观质量影响的大小关系并确定最佳工艺参数, 为了适用于大面积熔覆的需要, 引入熔覆层搭接率作为新的工艺参数来优化模型算法, 并通过宏观质量分析确定适宜的扫描间距, 利用5组不同搭接率的样本对模型的精度进行检验。实验结果表明, 经过优化后GA-BP模型具有很高的预测精度, 预测结果与测试样本之间的平均相对误差为3.951%, 验证了该模型在理论与实际中的可行性, 对提高镍基合金熔覆涂层的产品质量具有重要义。
激光熔覆 正交实验方法 遗传算法 BP神经网络 laser cladding orthogonal experiment method genetic algorithm BP neural network 
应用激光
2018, 38(4): 527
作者单位
摘要
北京工业大学, 北京 100124
在同轴送粉的激光熔覆工艺中, 研究了激光功率和扫描速度对宏观形貌的影响规律。发现随着扫描速度的增大, 熔覆道初始段出现高度不均现象。使用加速度传感器对激光熔覆轨迹的振动进行测试, 提取加速度信号, 再通过数值积分获得振动速度。对速度图像进行分析, 发现机器人的初始速度大于设定速度, 速度超差导致熔覆层的高度不均。针对此现象提出解决方法, 在速度匀速区进行熔覆, 并实际验证了本方法的有效性。
激光熔覆 振动测试 速度超差 宏观形貌 laser cladding vibration measurement over speed macroscopic morphology 
应用激光
2018, 38(4): 536
作者单位
摘要
1 中国南车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266031
2 北京工业大学激光工程研究院 北京 100124
为了降低轨道列车车身侧墙板不锈钢的制造成本, 探索氮气保护焊接的可行性, 采用不同比例的氮氦混合保护气开展CO2激光搭接焊试验, 并针对等离子体行为、焊缝形貌、接头拉伸性能和疲劳性能等方面进行研究。结果表明, 随着氮气成分的增加, 等离子体温度和电子浓度没有显著变化; 焊缝表面成形良好, 搭接界面宽度略有减小; 搭接界面的金相组织均由γ奥氏体和少量δ铁素体组成; 接头力学性能与疲劳性能均无明显变化, 拉伸断裂位置发生在搭接位置处, 属典型的韧性断裂。进一步分析表明, 氮气保护可有效抑制光致等离子体, 使焊接过程较为稳定; 氮气对搭接界面并无明显影响, 故而对接头的力学性能与疲劳性能亦无明显影响。该实验表明, 轨道列车不锈钢的激光搭接焊可采用氮气保护。
激光焊接 等离子体 氮气保护 电子温度 疲劳性能 laser welding plasma nitrogen shielding gas electron temperature fatigue performance 
应用激光
2018, 38(4): 542
作者单位
摘要
1 中南大学材料科学与工程学院, 湖南 长沙 410083
2 广东省焊接技术研究所(广东省中乌研究院), 广东 广州 510650
采用10 kW碟片激光器焊接5 mm厚的TC4钛合金, 研究了焊接参数变化对焊接接头成形的影响。实验结果表明, 在碟片激光深熔焊条件下, 离焦量的改变对焊缝成形影响较大, 焊接速度变化对焊缝成形影响较小。在不同的焊接参数下, TC4钛合金焊缝具有近“酒杯”形和近“X”形两种截面形貌。不同的焊接参数下对焊缝熔宽尺寸影响较大, 当P=4.3 kW, v=2.7 m/min, f=-2 mm时可以得到最窄的熔宽, 当P=4.3 kW, v=2.1 m/min, f=0 mm时可以得到较宽的熔宽。随着焊接参数的变化, 激光的热输入也随之改变, 受高温等离子体和金属蒸汽的影响, 熔宽尺寸随之改变。通过调整激光功率、焊接速度和离焦量等激光焊工艺参数,可以对焊缝成形进行有效控制, 提高焊接接头质量。
TC4 钛合金 焊接参数 焊缝成形 TC4 titanium alloy welding parameters weld formation 
应用激光
2018, 38(4): 550
作者单位
摘要
广东省现代焊接技术重点实验室 广东省焊接技术研究所(广东省中乌研究院), 广东 广州510650
采用碟片激光器对5 mm厚紫铜进行激光焊接, 研究了激光焊接过程中的激光功率对焊缝成形的影响, 并研究焊接接头组织特征及力学性能。结果表明, 在激光功率4.5~9.5 kW范围内, 焊缝熔深与激光功率几乎呈线性关系; 高功率可显著减少焊接过程的飞溅及表面孔洞, 未焊透的焊缝飞溅及表面孔洞多于焊透的焊缝。焊透的焊缝横截面形貌为I型形貌, 焊缝横截面左右两侧显微组织为水平方向的柱状晶, 越靠近焊缝中间的柱状晶长度越短, 而焊缝中间显微组织为平行于厚度方向的柱状晶。接头拉伸断裂于焊缝处, 焊接接头的抗拉强度和延伸率较母材发生显著降低, 焊接接头的拉伸强度为母材的77.3%, 延伸率为母材的41.8%。
激光焊接 紫铜 焊缝成形 显微组织 力学性能 laser welding copper weld formation microstructure mechanical properties 
应用激光
2018, 38(4): 556
作者单位
摘要
1 苏州大学沙钢钢铁学院, 江苏 苏州 215021
2 江苏科技大学材料科学与工程学院, 江苏 镇江 212003
3 苏州大学机电工程学院, 江苏 苏州 215021
4 苏州大学轨道交通学院, 江苏 苏州 215021
采用IPG YLS-6000光纤激光器对2.8 mm厚的CP800复相钢进行激光拼焊, 通过改变焊接速度获得不同热输入(30.0、42.0和52.5 J/mm)的焊接接头, 研究了不同热输入对复相钢激光焊接接头组织转变及性能的规律。结果表明, 随着热输入的增加, 焊缝的熔深和熔宽逐渐增加, 当热输入达到42.0 J/mm及以上时可获得全熔透焊缝; 不同热输入下的焊接接头各个微区的显微组织类型具有一致性, 其中熔合区为具有明显方向性的板条马氏体, 粗晶区为无明显取向的板条马氏体, 细晶区为晶粒较为细小的马氏体, 混晶区为贝氏体、细晶铁素体和铁素体; 不同热输入下焊接接头整体硬度高于母材, 且由于激光焊接冷速极快、高温停留时间极短, 导致贝氏体内细小析出相无时间析出, 位错密度无明显改变, 因而不存在软化区; 不同热输入下的焊接试样拉伸断口均为韧性断裂; 由于焊接接头硬化区中的马氏体较母材中的贝氏体和铁素体具有更高的屈服强度, 导致焊接接头的延伸率低于母材, 相较而言, 在研究的热输入范围内, 热输入为52.5 J/mm焊接接头的延伸率较好, 达到母材的76.8%。
激光焊接 微观组织 力学性能 复相钢 硬化区 laser welding microstructure mechanical properties complex phase steel hardened zone 
应用激光
2018, 38(4): 562
赵莹 1,2,*冯爱新 1,2杨海华 1,2
作者单位
摘要
1 温州大学机电工程学院, 浙江 温州 325035
2 浙江省激光加工机器人重点实验室, 浙江 温州 325035
针对新能源车用Cu/Al焊接端子的功能特点, 以Ag为中间层开展铜铝激光熔钎搭接焊工艺研究。通过添加不同厚度的银镀层和银箔, 分析接头抗拉强度、电阻率、显微形貌和组织成分变化。结果表明, Ag中间层添加有利于改善焊缝成型和焊接质量, 接头抗拉强度和电阻率均随Ag中间层厚度的增加先减小后增大; 在添加厚度为20 μm银箔时, 抗拉强度提高了近1/3, 电阻率减小至8.6×10-8/Ω·m。这主要与Ag有效抑制铜铝液相熔合、控制二元脆硬相生成有关。在铜侧边界形成“啮齿状”Al-Al2Cu-Ag2Al三元共晶相, 熔化区以枝晶α-Al为主, 界面层化合物种类少、分布均匀, 内部拉应力产生的裂纹减小, 有利于提高接头强度和降低电阻率。
Cu/Al激光熔钎焊 银中间层 抗拉强度 电阻率 显微组织 Cu/Al laser brazing welding Ag middle layer tensile strength resistivity microstructure 
应用激光
2018, 38(4): 570
作者单位
摘要
1 北京化工大学 机电工程学院, 北京 100029
2 北京石油化工学院 机械工程学院, 北京 102617
3 唐山开元焊接自动化技术研究所, 河北 唐山 063000
激光深熔TIG复合焊是一种新的高效自动焊接方法, 相比传统TIG焊接, 能够有效增大焊接熔深, 提高焊接效率。以6 mm厚度的Q345B钢板作为母材, 进行复合热源高速单面焊双面成型和打底焊工艺研究, 以及对间隙和错边的适应性, 并对其焊接接头的力学性能进行测试。结果表明, 相较于单独深熔TIG焊, 复合焊的焊接速度有了大幅提高, 最高速度为1 000 mm/min, 焊缝成型更加美观; 复合焊在组对间隙和错变量上有一定的容忍度, 最大容忍度组合为1 mm间隙+1 mm错边; 在中厚板的打底焊中也能很好的实现单面焊双面成型, 焊接接头满足拉伸强度要求。
深熔TIG 复合焊接 单面焊双面成型 deep melting TIG composite welding single-side welding double-sided forming 
应用激光
2018, 38(4): 578
作者单位
摘要
1 北京化工大学机电工程学院, 北京 100029
2 北京石油化工学院机械工程学院, 北京 102617
3 唐山开元焊接自动化技术研究所有限公司, 河北 唐山 063000
对薄板不锈钢进行激光深熔TIG复合焊接的工艺研究, 保证焊缝成型良好的条件下, 探索能达到的最大焊接速度, 并针对实际焊接生产中组对精度差的问题, 开展了激光深熔TIG复合焊接技术对组对间隙和错边量的工艺适应性研究, 借助高速摄像观察焊接电弧形态分析激光与电弧的相关作用。实验结果表明, 激光功率3.5 kW, 焊接电流150 A, 2 mm的不锈钢在5 m/min的焊速下能得到良好的焊缝; 激光功率4.0 kW, 焊接电流150 A, 4 mm的不锈钢在2 m/min的焊速下能的到良好的焊缝。激光电弧复合焊接薄板不锈钢错边适应性良好。
激光电弧复合焊 不锈钢 焊接速度 laser-arc hybrid welding stainless steel welding speed 
应用激光
2018, 38(4): 583
作者单位
摘要
大族激光科技产业集团股份有限公司, 广东 深圳 518052
采用915 nm的半导体激光与1 070 nm的单模光纤激光复合焊接3003铝合金, 研究发现当热传导机制占主导作用时, 可以改善熔池的流动状态, 有利于内部气泡的上浮, 获得良好的焊缝成形。复合焊后焊缝较单一光源的焊缝熔深、熔宽要大。通过改变半导体与光纤激光热输入的不同能量配比, 可获得四种焊缝截面形貌, 并对焊缝形成机理进行了详细分析。
半导体激光器 复合焊 铝合金 diode laser hybrid welding aluminum alloy 
应用激光
2018, 38(4): 587
作者单位
摘要
1 北华航天工业学院材料工程学院, 河北 廊坊 065000
2 钢铁研究总院焊接所, 北京 10081
3 宁波中物东方光电技术有限公司, 浙江 宁波 030051
采用光纤激光对1.2 mm厚HC420LA钢进行激光焊接, 研究不同焊接速度(1.2, 2.4, 3.6和4.8 m/min)对接头截面形貌、显微组织、硬度和强度的影响。结果表明, 焊接功率一定时, 速度对焊缝截面形状及熔宽影响显著。随着焊速增加, 熔深和熔宽均降低, 焊接接头未出现裂纹和气孔缺陷; 在焊速为2.4 m/min和3.6 m/min时, 焊缝连续且成形较好; HC420LA钢焊缝的显微组织为铁素体、贝氏体和马氏体组织, 随着焊接速度的增加, 马氏体含量增大; 焊接熔合区在较低和较高焊速时, 组织粗大明显; 焊缝和热影响区的硬度均高于母材, 焊接接头无软化现象; 垂直于焊缝方向, 焊接接头拉伸试样均在母材一侧发生断裂, 焊接接头强度稍高于母材。
激光焊接 HC420LA钢 显微组织 力学性能 laser welding HC420LA steel microstructure mechanical properties 
应用激光
2018, 38(4): 591
作者单位
摘要
荆州职业技术学院 湖北 荆州 434020
采用150 W准连续激光器对0.2 mm 厚的304不锈钢板进行搭接焊接试验, 通过对焊接工艺参数峰值功率、脉冲宽度和离焦量进行正交优化试验, 在保证下层不锈钢外观不被击穿的情况下, 5个焊点的拉力达到28.9 N, 此时最佳的工艺参数为峰值功率300 W, 脉冲宽度6 ms, 离焦量2 mm。将焊点切片数据与正交试验结果结合分析, 结果表明, 对焊点强度影响最大的因素是焊点熔深, 而对熔深影响最大的工艺参数是峰值功率。该实验结果为实际应用中, 激光精密焊接不锈钢薄板外观件提供工艺方法实验指导。
304不锈钢 激光焊接 正交试验 熔深 304 stainless steel laser welding orthogonal test penetration 
应用激光
2018, 38(4): 597
作者单位
摘要
1 广州市昊志机电股份有限公司, 广东 广州 510000
2 绍兴文理学院机械与电气工程学院, 浙江 绍兴 312000
3 绍兴市上虞区产品质量监督检验所, 浙江 绍兴 312300
钢铝激光辅助搅拌摩擦焊的温度场直接影响焊接接头的质量。为了研究工艺参数对温度场分布的影响并且缩小试验时工艺参数的可选择范围, 首先建立了激光加热以及搅拌头摩擦生热双热源数学模型, 然后采用COMSOL软件对Q235钢和Al 6061铝合金, 在不同工艺参数的条件下进行温度场的计算, 重点分析了激光光斑半径、激光功率、搅拌头下压力、进给速度和旋转速度对温度场的影响规律, 并选取了合理的工艺参数范围。最后对比分析了激光加热辅助搅拌摩擦焊接与普通搅拌摩擦焊接温度场的不同之处。结果表明, 激光预热使搅拌摩擦焊轴肩覆盖区域的最高温度由轴肩后方部转移到轴肩中部。此外, 当搅拌头下压力过大, 焊接进给速度过小, 旋转速度过大时, 摩擦产生的热量越多, 从而温度升高越明显。
激光加热 搅拌摩擦焊 双热源 稳态温度场 工艺参数 laser heating friction stir welding dual heat source steady state temperature field process parameters 
应用激光
2018, 38(4): 601
作者单位
摘要
1 深圳大学光电工程学院, 深圳市激光工程重点实验室, 广东 深圳 518060
2 深圳大学物理科学与技术学院, 广东 深圳 518060
透明和纯白热塑性塑料是激光透射焊接中最难焊接的两类塑料品种。为将透明聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或纯白聚丙烯(PP)焊接在一起, 利用这两种塑料在2 μm波段具有适度透过率和吸收率的光学特性, 使用自主研发的2 μm光纤激光器在不添加任何吸收剂的情况下, 分别对这两种塑料进行搭接焊, 并将其与0.808 μm激光采用添加吸收剂方法的焊接效果进行对比。结果表明, 在无吸收剂的条件下, 2.0 μm激光可成功焊接透明PET和纯白PP, 其样品的破坏拉伸力分别达到母材的57.8%和93.3%, 且相对于0.808 μm激光的焊接效果, 2.0 μm激光焊接得到的样品的力学性能较佳, 外观较清洁、美观。
激光技术 2.0 μm激光 激光透射焊接 热塑性塑料 力学性能 laser technology 2.0 μm laser transmission laser welding thermoplastic mechanical properties 
应用激光
2018, 38(4): 610
作者单位
摘要
西安理工大学材料科学与工程学院, 陕西 西安 710048
研究了不同工艺条件下T10/Q235复合钢板的激光淬火行为, 分析了淬硬层的显微组织及硬度特征。结果表明, 单道扫描激光淬火时, 淬火区组织主要为针状马氏体+少量残余奥氏体, 表层马氏体较心部粗大, 过渡区组织为针状马氏体+残余奥氏体+少量碳化物; 多道扫描激光淬火时, 淬火区组织与单道扫描激光淬火时基本相同, 回火区则主要为回火索氏体及回火马氏体。硬化层硬度随离表面距离增加呈递减趋势变化, 但最大硬度出现在次表层; 随着扫描速度增大, 硬度存在一极值。多道扫描激光淬火时, 淬火区和回火区交替出现, 回火区硬度有大幅下降, 但其分布趋势与淬火区相反。
激光表面淬火 显微组织 硬度 T10/Q235复合钢 laser surface quenching microstructure hardness T10/Q235 clad steel 
应用激光
2018, 38(4): 618
作者单位
摘要
国家文物局水下文化遗产保护中心, 北京 100192
海洋出水石雕文物表面的黄色铁氧化物色斑对文物的展览展示和艺术价值都造成了较大影响, 使用激光清洗能够有效清除此类污染物, 并且不会产生附加的污染。实验使用脉宽为100 ns的激光清洗机, 分别通过干式激光清洗和湿式激光清洗等不同方式下测得清除辉绿辉长岩石雕文物表面该类污染物所需的能量值。实验表明, 使用水为液膜的湿式清洗方式, 设定250 mJ能量档位, 2~3 mm的光斑直径, 在5 Hz的频率下停留约6 s左右的清洗速度, 可以有效地清除黄色铁氧化物色斑污染, 并且不易对文物本体造成损伤。
激光技术 激光清洗 石质文物 色斑污染物 laser technology laser cleaning stone cultural relics stain contaminant 
应用激光
2018, 38(4): 623
作者单位
摘要
西华大学理学院, 四川 成都 610039
根据二阶矩理论和在非Kolmogorov湍流中光束漂移的一般表达式得到了厄米高斯相关谢尔模型光束(HGCSMB)在非Kolmogorov湍流中的解析式, 并对其进行了数值模拟。研究结果表明, 光束漂移均方根Bw和相对光束漂移Bwr随着传输距离z和广义指数参数α的增大而增大, 且Bwr与Bw都随着折射率结构常数Cn2、湍流外尺度L0以及相干长度δ0x、δ0y的增大而增大, 随阶数m、n的减小而增大。此外, 当湍流外尺度L0大约大于50 m后, L0对Bw的影响明显减小。另外, 在相同条件下, 椭圆高斯相关谢尔模型光束的漂移现象比HGCSMB的漂移现象明显。
厄米高斯相关谢尔模型光束 光束漂移 非Kolmogorov湍流 Hermite Gaussian correlated schell-model beam beam wander non-kolmogorov turbulence 
应用激光
2018, 38(4): 630
陈远鹏 1,2,*宋立军 1,2
作者单位
摘要
1 湖南大学机械与运载工程学院, 湖南 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, 湖南 长沙 410082
为了解决金属合金增材制造中相变检测的材料损伤, 针对金属合金增材制造提出一种基于激光诱导等离子光谱学(LIBS)的实时相变监测方法。试验采集激光熔覆Ni-Al与Ni-Fe合金的连续激光激发光谱信号, 然后检测熔覆材料物相组成与成分, 最后使用飞秒激光烧蚀上述Ni-Al与Ni-Fe合金并采集对应的飞秒激光激发光谱信号。对于采集的光谱信号, 采用谱线强度比构建标定曲线分析其与物相组成的关系并针对两种合金分别建立了四条标定曲线。结果显示, 当物相组成随着Ni元素浓度增加而由γ'-Ni3Al和β-NiAl相向β-NiAl和γ-Ni相转变时, 连续与飞秒激光谱线强度比随着成分改变的标定曲线线性趋势在80.57 at.% Ni时发生突变, 而当物相组成为Ni3Fe相且随着Ni元素浓度增加未改变时, 谱线强度比随着成分改变的标定曲线的线性趋势不发生改变。标定曲线的线性趋势的改变可以有效地预测物相组成的改变且连续与飞秒激光光谱标定曲线有着相同的变化趋势。
激光诱导等离子体 相变预测 光谱检测 物相组成 laser-induced plasma phase transformation prediction spectral detection phase composition 
应用激光
2018, 38(4): 637
作者单位
摘要
1 北京交通大学海滨学院, 河北 沧州 061100
2 华北理工大学电气工程学院, 河北 唐山 063210
为更好地控制合金钢中的元素含量, 利用激光诱导击穿光谱技术对钢液的成分进行确定, 后结合自由定标法实现对多元素的同时定量分析。为减小自吸收现象对测量精度的影响, 利用将等离子体约束在半球形狭小空间内的方法进行钢液样品的光谱数据收集, 然后利用自由定标法完成对样品中被测元素的玻尔兹曼平面的建立, 从而求得被测元素的含量。计算测得了4个样品中Cr含量的平均相对误差AARD为3.23%~5.84%, 标准差SD在0.90%~1.18%之间; Ni含量的平均相对误差AARD为3.04%~7.81%, 标准差SD在0.55%~0.77%之间, 表明测量值可以表征样品的实际含量。证明自由定标法可以完成对LIBS钢液中多元素成分的同时定量分析。
激光诱导击穿光谱技术 定量分析 自由定标法 束缚装置 钢液成分 laser induced breakdown spectroscopy quantitative analysis free calibration method restraint device liquid steel composition 
应用激光
2018, 38(4): 644
作者单位
摘要
江苏大学 汽车与交通工程学院, 江苏 镇江212013
激光弱化加工是目前的新兴技术, 弱化后残余厚度的大小是其关键问题。将残余厚度与各项激光加工工艺参数结合起来, 建立相应的预测模型。首先对汽车仪表板常用材料PC(聚碳酸酯)硬塑进行弱化加工, 沿弱化孔中心线将试件剖开并通过影像测量系统测得残余厚度值。建立激光脉冲宽度、离焦量和加工速率这三个工艺参数与残余厚度之间的BP(反向传播)神经网络预测模型, 使用大量试验数据训练网络, 并使用试验样本中的部分数据检验所建网络。最终得到了最大误差率不超过3%, 收敛速率及预测准确性高的预测模型。使用该模型, 可以精确地预测残余厚度的大小, 缩短了激光弱化加工作业的准备时间。
激光弱化 弱化线 残余厚度 BP神经网络 预测模型 laser weakening weakening line residual thickness BP neural network prediction model 
应用激光
2018, 38(4): 649
作者单位
摘要
广东工业大学 广东省焊接工程技术研究中心, 广东 广州 510006
针对激光焊接过程中产生的焊缝表面缺陷难以检测与识别的问题, 研究一种交变磁场激励下采集焊缝表面缺陷的磁光成像动态无损检测方法。分析基于法拉第磁光效应的焊接缺陷磁光成像机理, 使用磁光传感器动态采集了高强钢焊接缺陷磁光图像。使用灰度共生矩阵法分析并提取了图像的纹理特征, 使用LM(Levenberg-Marquardt)算法改进型BP(Back Propagation)神经网络建立了焊接缺陷分类模型。实验结果表明, 所提方法可以识别高强钢焊件中的焊缝缺陷(裂纹、未熔透、凹陷), 缺陷分类模型的整体识别率可达到96.75%。有效实现了焊缝表面缺陷的检测与分类。
激光焊接 缺陷检测 磁光成像 特征提取 神经网络 laser welding defect detection magneto-optical imaging feature extraction neural network 
应用激光
2018, 38(4): 656
作者单位
摘要
1 西安工业大学理学院, 陕西 西安 710021
2 西安工业大学 陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室, 陕西 西安 710021
针对传统线结构光光刀平面标定方法精度不高、标定过程复杂的问题, 在实验系统装调分析的基础上, 提出了线结构光光刀平面的修正方法。首先, 在线结构光旋转扫描测量原理的基础上, 设计了一种棋盘格与光刀平面重合的标定方案, 建立成像平面与光刀平面的映射关系; 然后, 根据实际装调过程中光刀平面与旋转轴的调整误差, 提出光刀平面与旋转轴夹角计算的实验方案, 确定出光刀平面与旋转轴的位置关系, 并获得夹角θ=1.146°; 最后, 以牙齿肩台预备体为测量对象, 对比分析了光刀平面与旋转轴夹角修正前后的三维形貌。实验结果表明, 牙齿肩台预备体旋转中心附近的凸起变形得到明显改善。
光刀平面 夹角修正 标定 三维重构 light knife plane angle correction calibration three-dimensional reconstruction 
应用激光
2018, 38(4): 662
作者单位
摘要
1 东华大学机械工程学院, 上海 201620
2 上海市激光技术研究所, 上海 200233
3 上海市激光束精细加工重点实验室, 上海 200233
4 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室, 南京 江苏 210016
精密加工机床工作台的平面度是影响机床加工质量的重要因素, 是机床设计加工的关键指标, 其准确测量对指标校核有重要作用。从机床工作台平面度的测量需求出发, 提出了采用激光准直仪测量数据, 基于最小二乘法建立平面度的数学模型, 采用Matlab进行平面度的评定, 并且利用 Matlab的图形用户界面(GUI)环境设计了平面度计算软件, 提供了一套完整的平面度测量方法, 并且对动态变化条件下的平面度进行了测量分析。结果表明, 机床的工作台平面度在长期的工作中保持较高的精度, 保证加工需求。
超精密机床 平面度测量 最小二乘法 ultra-precision machine tool flatness measurement least square method MATLAB matlab 
应用激光
2018, 38(4): 668
姚仲敏 1,*赵昕 1朱磊 1,2董亮 1[ ... ]付壮壮 1
作者单位
摘要
1 齐齐哈尔大学通信与电子工程学院, 黑龙江 齐齐哈尔 161006
2 哈尔滨工程大学信息与通信工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
设计了一种具有电磁感应透明效应(EIT)的光频段全介质超材料, 其单元结构由垂直放置的倒L形介质块和水平放置的一字形介质块组成。根据米氏电磁谐振, 两个介质块的作用分别相当于亮态四极子模和暗态偶极子模。基于米氏亮暗模之间的电磁耦合, 在波长1 400 nm附近模拟实现了透射峰值超过0.9的低损耗EIT效应。利用数值仿真和“二粒子”模型深入分析了低损耗EIT效应产生的物理机制。研究结果表明, 透明窗的频谱位置与两个介质块的谐振频率失谐有关, 透明窗的凹陷深度与亮模的损耗有关, 透明窗的谐振强度和谐振宽度与两个介质块的耦合系数(距离)和暗模的损耗有关。提出的全介质超材料在慢光、非线性光学和光传感等方面具有潜在的应用价值。
光学器件 超材料 “二粒子”模型 电磁感应透明(EIT) 全介质 optical device metamaterial “two-particle” model electromagnetically induced transparency (EIT) all-dielectric 
应用激光
2018, 38(4): 672
作者单位
摘要
南昌大学 江西省机器人及焊接自动化重点实验室, 江西 南昌 330031
毛细管式封装光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)工艺会对其温度传感特性产生重要影响, 为了研究其影响机制, 分别采用改性丙烯酸酯和环氧树脂将受预应力的FBG封装在毛细锌管内, 进而利用方便且准确的水浴法进行温度传感试验。结果表明, 与没有进行任何封装工艺的裸光栅相比, 采用封装方法后, FBG的温度灵敏度大幅上升, 分别提高到21.87、35.13 pm/℃, 为裸光栅的2.3、3.6倍, 响应速度无明显变化, 中心波长也具有良好的稳定性。
光纤布拉格光栅 管式封装 温度传感 动态响应速度 fiber Bragg grating capillary encapsulating temperature sensing dynamic response speed 
应用激光
2018, 38(4): 678
作者单位
摘要
北京工业大学激光工程研究院, 北京100124
报道了一种高效率激光二极管(LD)侧面抽运光胶蓝宝石的Nd:YVO4板条激光放大器。主振荡器为Nd:YAG/Cr4+:YAG被动调Q微片激光器, 在重复频率为20 kHz时, 输出平均功率为0.2 W, 脉冲宽度为2.4 ns, 光束质量因子为1.17的激光输出。采用抽运面光胶蓝宝石的Nd:YVO4掠入射板条对种子激光进行放大, 在抽运功率为45 W时, 获得了平均功率10.2 W的激光输出, 光光转化效率为22%。与未光胶蓝宝石的Nd:YVO4掠入射板条相比, 光光转换效率提高了约10%, 输出光束质量从M2x=1.61, M2y=1.59提高到M2x=1.32, M2y=1.27。该激光器结构简单、紧凑, 采用抽运面光胶蓝宝石的方法改善了Nd:YVO4板条晶体的热效应, 能够实现高效率、高光束质量放大。
激光器 板条放大器 光胶 热效应 lasers slab amplifier optical contact Nd:YVO4 Nd:YVO4 thermal effect 
应用激光
2018, 38(4): 682
作者单位
摘要
江苏大学 机械工程学院, 江苏 镇江 212013
为了在成型缸基板上铺上一层均匀、厚度合适的金属粉末, 设计了一套新的传动稳定、精确的铺粉传动装置, 介绍了选择性激光烧结的工作原理, 系统组成, Z方向和XY方向传动的结构以及预期的铺粉结果。利用滚珠丝杠的高精度、微进给、无侧隙以及刚度高的特点, 再加上一对齿轮的减速运动, 从而保证了Z方向的传动。在XY方向上, 利用皮带轮连接两侧的滚珠丝杠, 从而保证铺粉辊子和铺粉板两侧运动的同步性。整套铺粉传动系统不仅缩小了铺粉结构的体积, 保证了烧结运动过程的精确性, 还能保证大型的烧结机在长时间连续运行的情况下, 机械结构传动过程的稳定性和连续性。
激光技术 选择性激光烧结 铺粉传动装置 铺粉精度 结构体积 稳定性 连续性 laser technology selective laser sintering powder transmission device powder precision structural volume stability continuity 
应用激光
2018, 38(4): 689
作者单位
摘要
常州星宇车灯股份有限公司, 江苏 常州 213000
为了使得汽车前照灯的色温和亮度可变, 在各种恶劣气候条件下都能达到最佳照明效果, 研究并设计了一种色温可调式汽车RGB激光模组, 着重说明了其色温计算模型, 介绍了其驱动控制模块、散热模块和光学模块, 对比了RGB三色激光之间光效大小, 建立了光通量与电流的函数关系, 并对RGB激光模组进行色温控制实验验证和光分布扫描。结果表明, RGB激光模组的色温的控制误差小于5%, 且其光分布可满足GB-25991要求。
汽车前照灯 照明 RGB激光 色温控制 automotive headlamp lighting RGB laser color temperature control 
应用激光
2018, 38(4): 694
作者单位
摘要
1 南京理工大学, 江苏 南京 210094
2 中国人民解放军空军总医院, 北京 100000
光动力荧光诊断(photodynamic fluorescence diagnosis, PFD)是利用激光诱发肿瘤中的光敏剂释放荧光来进行诊断, 其对于所诊疗的靶组织内光敏剂信息的变化情况的掌握, 光动力反应进程与疗效的理解与促进, 合理地制定光动力治疗(photodynamic therapy, PDT)方案具有重要指导意义。荧光诊断技术具有无损伤、精度高、测量速度快、同时检测多种疾病等优点, 这一应用可以辅助定位肿瘤的范围和肿瘤皮损的边缘, 对肿瘤的治疗极其重要, 有很好的应用前景。对荧光诊断的原理进行了简要的概述, 并通过激光诱发荧光实验, 获得了在几种皮肤肿瘤如基底细胞癌(basal cell carcinoma, BCC), 乳房外Paget′s病中治疗前后的荧光现象。
光动力 荧光诊断 皮肤肿瘤 photodynamics fluorescence diagnosis skin tumor 
应用激光
2018, 38(4): 701