采用电极感应气雾化方法制备新型高强度双相钢粉末。设计了以雾化压力、熔炼功率和气体加热温度为变量的正交试验方案, 在不同条件下制备得到高强度双相钢粉末。利用扫描电镜(SEM)、激光粒度分析仪、氮氧分析仪和霍尔流速计对不同条件下所获粉末进行测试分析, 得到了雾化压力、熔炼功率和气体加热温度对粉末的表面形貌、球形度、粒度分布、氧氮含量和流动性的影响规律。结果表明优化工艺下制备的高强度双相钢粉末综合质量良好。最优工艺下粉末氧含量约44 ppm, 氮含量约655 ppm, 粉末平均粒径不超过100 μm, 粉末流动性优于14 s/50 g。利用该粉末在2 205双相不锈钢基体表面进行激光增材试验, 所制备的熔覆体材料沿扫描方向的抗拉强度约910 MPa, 延伸率约30%, 横截面维氏显微硬度为300 HV～360 HV。

随着金属结构部件的复杂化, 广泛应用于装备制造业镍铁合金需采用激光熔覆工艺来满足复杂结构件的生产需求。针对镍铁粉末在激光熔覆中易出现缺陷问题, 本文通过对三种类型熔道(单道、横向搭接和纵向搭接)的未熔粉末、熔道倾斜等形貌缺陷进行筛选, 得出质量比m(IN625)∶m(304L)=1∶1的镍铁预混合粉末未出现缺陷的激光熔覆工艺参数; 制备出尺寸为20 mm×70 mm×70 mm的镍铁块状材料来验证该熔覆工艺参数的合理性。研究表明: 未出现缺陷的最佳激光熔覆工艺参数为: 激光功率0.8 kW, 扫描速度6 mm/s; 镍铁材料块并未出现裂纹等缺陷仅存在极少量的未熔粉末, 其组织生长方式为连续的柱状晶和等轴晶。

以含有Fe元素和不含Fe元素的两种钛合金粉末为原料, 采用激光沉积制造技术制备高强钛合金样块, 并对其进行固溶+时效处理, 通过光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度仪、X射线衍射及室温拉伸等手段, 研究了Fe元素的加入对高强钛合金组织和拉伸性能的影响。结果表明: 含有Fe元素的钛合金试件的抗拉强度和屈服强度都优于不含Fe的钛合金, 但塑性比较差。其中主要的原因是Fe元素的固溶强化作用, 促进了β相的生成, 保留更多β相到室温, 获得更加细小的β转变组织, 起到了细晶强化作用, 使抗拉强度和屈服强度均得到了增强。两种钛合金的断裂方式均为半韧性半解理断裂, 两种钛合金的断口表面较平整, 有延性区域和解理面的特征, 有Fe元素的钛合金因二次裂纹的存在使钛合金的塑性降低, 无Fe元素的钛合金因高密度的韧窝分布使钛合金的塑性得到了提高。

钛合金(TC4)具有良好的生物相容性、优异的力学性能及耐腐蚀等优点, 因此被作为医用人工关节材料, 但其较差耐磨损性能限制了其在临床医学应用方面的应用和发展。本文通过填充碳纳米管(CNTs), 采用激光增材制造(3D打印)技术成形CNTs/TC4复合材料, 并通过金相显微镜和排水法对其微观结构组织、孔隙率进行了研究, 并在模拟体液环境下, 对其生物摩擦学性能进行了分析。结果表明: 填充CNTs可以显著提高TC4基底的显微硬度, 当w(CNTs)=1.0%时, 显微硬度较纯TC4(328.3 HV0.2)提高了31.82%, 且随着CNTs含量的增加, CNTs/TC4复合材料的孔隙率逐渐增加, 其中1.5-CNTs/TC4孔隙率最大为9.64%, 而磨损体积却随着孔隙率的增加逐渐降低。

本文通过选区激光熔化(SLM)技术打印制备TC4试样, 采取不同的热处理方式, 通过拉伸试验、洛氏硬度及金相显微组织等性能检测, 得到不同热处理状态的力学性能。试验结果证明: 经800 ℃完全退火处理后TC4合金具有较高的强度, 且塑性大幅提升, 具有较好的综合力学性能。本文可对TC4钛合金SLM打印零件热处理提供参考。

采用连续光纤激光器在小模数齿轮齿面制备1 mm厚的Ni60合金涂层, 研究了激光工艺参数对熔覆层宏观形貌的影响以及齿面单道激光熔覆在不同激光功率密度下的熔覆层显微组织形貌以及元素成分。实验结果表明: 随着激光功率密度的增加, 熔覆层内部的柱状晶枝变多, 晶间组织的含量越少, 熔覆层与基材之间亮白色冶金结合带越发明显, 熔覆层表面的均匀性和连续性都有较大提高并且截面形貌发生改变。当激光功率密度为31.8 kW·s·cm-2时可以看出熔覆层冶金结合带区域与基材之间的孔隙基本消失, 熔覆层与基材之间的结合更加牢固, 过渡更加自然。通过调整激光工艺参数可以对小模数齿面镍基合金涂层的成形进行有效控制, 提高齿面镍基合金涂层的质量。

文章利用激光立体成形技术, 制备了六组不同质量分数配比TA15-xTi2AlNb(x=0%、20%、40%、60%、80%、100%)均质材料块状试样, 并研究了随着合金中Ti2AlNb含量的增加, 各组均质材料显微组织及力学性能的变化。研究结果表明, 晶粒形态方面, TA15钛合金由下部的柱状晶及上部的近等轴晶组成, 中部发生了明显的CET转变, 添加Ti2AlNb之后, 宏观组织均转变为等轴晶组织。晶内显微组织随着添加Ti2AlNb含量的增加, 呈现出α+β→α+α2+β→O+α2+B2的变化规律。在室温拉伸方面, TA15表现出中强高塑的特点, Ti2AlNb合金表现出高强低塑的特点, 整体而言, TA15-xTi2AlNb均质材料的强度随着Ti2AlNb含量的增加先减小后增加, 同时也根据拉伸断口研究了各组均质材料的断裂机制。

本文以钛合金材料为研究对象, 对温度辅助激光冲击材料的残余应力分布规律进行了研究, 在试样表面温度为20 ℃、105 ℃、305 ℃、405 ℃下, 使用Nd:YAG纳秒激光器分别对TC4钛合金试样进行激光喷丸表面强化, 在高周疲劳条件下使用疲劳试验机对试样进行疲劳寿命测试和残余应力释放测试。实验表明, 经过10 050次循环载荷后, 在试样表面温度为20 ℃、105 ℃、305 ℃、405 ℃时, 激光喷丸TC4钛合金残余压应力幅值分别为-100 MPa、-70 MPa、-190 MPa、-152 MPa。在305 ℃时, 激光温喷丸试样发生断裂时, 轴向位移比未喷丸试样要明显高; 与未喷丸试样相比, 发生断裂时轴向位移比提高36.98%, 且激光温喷丸试样屈服强度要比其它试样显著高, 增加了其断裂韧性; 在305℃时, 激光温喷丸试样疲劳寿命最大值为147 975次, 是20 ℃激光喷丸的1.68倍。

本文采用纳秒紫外激光对树脂基碳纤维复合材料表面进行激光预处理, 研究预处理参数对表面形貌和胶接件剪切强度的影响规律。利用电子显微镜、三维形貌分析仪以及表面接触角测量仪分别分析了激光预处理复合材料表面的显微形貌、粗糙度以及润湿特性, 并测试了激光预处理后复合材料胶接件的剪切强度。结果表明: 通过改变预处理参数(激光功率、扫描间距和扫描次数), 可以使复合材料表面呈现出不同的加工形貌, 改变表面粗糙度和接触角, 从而影响复合材料胶接件剪切强度。

采用扩散冷却型激光器进行激光烧结金刚石微粉与金属粉末压坯试验, 研究了激光参数对金刚石微粉与金属粉末结合性能的影响, 分析了烧结体的烧结性能及耐磨性。结果表明: 光斑直径为8.5 mm时, 在激光功率550 W、扫描速度1 100 mm/min烧结条件下可获得金刚石颗粒、金属粉末二者具有最佳结合性能的烧结体。

激光增材制造具有快速、柔性和绿色制造等技术优势, 但增材制造过程中高的温度梯度变化和不均匀相变所致的拉应力, 易导致零件的变形和力学性能不足。本文针对激光增材GH1131高温合金薄壁件进行激光冲击强化处理, 以激光能量、冲击次数为变化量, 分析了激光冲击强化前后薄壁试样件的表面变形、表面粗糙度、表面残余应力、表面硬度。结果表明, 激光冲击强化后, 相对于激光冲击强化方向, 薄壁件呈现凸面变形, 并且变形量、表面粗糙度增加, 分别增加了48.87 μm、0.43 μm; 随着激光能量的增加, 试样件表面残余应力和表面显微硬度先增加后减小, 相比初始件分别增加了352 MPa、48 HV; 随着冲击次数的增加, 薄壁件呈现凸面变形, 并且变形量、表面粗糙度增加, 分别增加了45.78 μm、0.65 μm; 试样件表面残余应力和表面显微硬度均增加, 相比初始件分别增加了572 MPa、198.2 HV,但增加量有所减少。

采用激光焊接工艺制造了铝锂合金机身壁板焊接结构件, 对试验件开展了裂纹扩展试验, 并对激光焊接接头组织和疲劳断口形貌进行了分析, 同时研究了凸台特征和不同焊接速度对焊接结构件裂纹扩展特性的影响。研究结果表明: 凸台结构对焊接结构件的裂纹扩展寿命影响明显, 随着凸台宽度尺寸的增加, 裂纹扩展寿命增大, 焊接结构件的抗裂纹扩展能力提高; 焊接结构件的裂纹扩展寿命随焊接速度的增大先增后减, 在一定焊接条件下, 焊接速度为0.10 m/s时, 焊接结构件的抗裂纹扩展能力最高。

针对高速列车侧墙A6N01S铝合金型材非熔透型焊接接头气孔倾向严重的问题, 以5A06铝合金为试验对象, 系统研究了摆动方式、摆动频率、摆动幅度等激光摆动参数对铝合金激光-MIG复合填丝焊焊缝气孔率的影响规律, 并通过激光摆动工艺有效地解决了高速列车侧墙铝合金型材的焊缝气孔问题。结果表明, 试验条件下, 与激光束不摆动相比, 采用光束圆形摆动, 垂直于焊缝摆动和“∞”形摆动均可以有效抑制焊缝气孔, 其中, 垂直于焊缝摆动抑制气孔效果最佳, “∞”形摆动抑制气孔效果最差; 不同的摆动方式存在不同的最优摆动频率区间, 圆形摆动的最优频率区间最宽, “∞”形摆动的最优频率区间最窄; 激光摆动后, 高速列车侧墙铝合金型材3 mm侧焊缝的气孔完全被抑制, 4 mm侧焊缝气孔率约为0.55%, 约下降63.2%。

本文采用高速摄影技术和宏观金相对船用E36高强钢激光复合焊接熔滴过渡、焊缝成形及其机制进行研究。结果表明: 与激光引导电弧复合焊接相比, 电弧引导激光复合焊焊缝熔宽降低, 余高增加, 其熔滴过渡速率低于激光前引导模式。增加激光功率能消除焊缝背面焊瘤, 弧长修正系数过大会降低熔滴进入熔池过程的稳定性, 使焊缝成形质量降低。随着光丝间距的增加, 熔池长度增加, 激光金属蒸气对熔滴的作用力和熔滴下部的电磁力降低, 减少了熔滴过渡的阻力。电弧前引导时, 焊缝熔池金属铺展性较差, 熔宽和余高逐渐降低; 激光前引导时, 背面熔宽增加, 当光丝间距为8 mm时, 两热源熔池近似分离, 焊缝出现明显凹陷。

针对铜材料的焊接, 采用激光作为焊接热源, 由于铜对激光的反射率很高, 需要高的激光功率密度迅速达到铜的熔点, 才能进行焊接。为了实现高反材料铜的直接焊接, 利用单模准连续光纤激光器优异的光束质量以及高峰值功率克服铜的高反射问题。对焊接工艺参数进行了优化, 当工艺参数峰值功率为800 W、脉冲宽度8 ms、离焦量0 mm时, 得到最大的焊接拉力87 N, 切片分析表明熔合区域具有良好的材料熔合性。进一步研究了焊接顺序对产品变形的影响, 极大地减小了焊接后的产品变形。

采用Nd:YAG激光器对硼磷合金铸铁缸套试样进行激光微孔加工。研究了激光能量密度, 脉冲次数, 重复频率和聚焦条件等参数对微坑几何形貌的作用规律, 采用3D共聚焦显微镜及扫描电镜观察分析了微坑表面形貌和尺度随激光参数的变化。发现随着激光能量密度和脉冲次数的增加, 微坑的直径和深度均逐渐增大, 但增大幅度随能量密度增加而逐渐减小; 微坑直径随激光重复频率的增加而减小, 随着负离焦量的增加而增加; 微坑深度随负离焦量呈先增加后减小的趋势。对激光辐照硼磷合金铸铁的烧蚀阈值进行计算, 在单脉冲辐照条件下硼磷合金铸铁的烧蚀阈值为8.4 J/cm2, 脉冲次数对材料的烧蚀阈值产生累积效应, 烧蚀阈值随脉冲数量增加而减小, 累积系数为0.87。

水辅助激光加工中, 水流状态对激光加工有重要影响。为了研究激光加工中不同水流状态对加工质量的影响, 文章建立带切槽的水射流冲击模型, 分析激光扫描方向与水流同向和反向对加工中流场造成的差异; 通过对比试验, 研究两种刻蚀方式对单晶硅切槽形貌和几何尺寸的影响, 并分析差异产生的机理。研究结果表明, 同向刻蚀模型中切槽截面中心上的总压强最小为2 941.970 Pa, 远大于反向刻蚀; 反向刻蚀模型在近壁面处的速度更大, 比同向刻蚀大3.104 m/s。反向刻蚀比同向刻蚀的槽宽小约13.500 μm且表面无熔渣堆积; 反向刻蚀槽深明显大于同向刻蚀, 并且此差距随激光功率增加而增加, 在激光功率15 W时最大相差127.773 μm; 反向刻蚀切槽上表面的平均面粗糙为0.158 μm, 更接近基材未加工区域的0.141 μm。模拟和实验的结果为进一步提高水射流辅助激光加工的切割质量提供了思路。

针对激光清洗去除金属表面涂层, 采用正交实验的方法研究了激光清洗可调工艺参数对涂层清洗效果的影响, 调整不同参数, 通过改变激光能量密度、激光清洗速度、激光光斑重叠率, 研究这三者对于清洗效果的关系。实验选用Q235钢材料作为清洗对象, 利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分别表征清洗前后的样品表面形貌和元素成分。结果表明: 当激光能量密度2.8 J/cm2、清洗速度12 cm2/s、光斑重叠率80%, 能很好的去除表面涂层; 能量密度较高时, 会出现清洗损伤; 适宜的清洗参数能在不伤害基底的同时且高效去除金属表面涂层。

在电厂石灰石湿法脱硫过程中, 为了取得良好的脱硫效果, 石灰石浆液颗粒粒径需要保持一个合适的范围。电厂目前主要通过筛分法对颗粒粒径进行检测, 但这种方法耗时较长无法实现实时检测的目的, 针对这个问题设计出一种基于激光衍射法的实时检测系统。在该系统中, 将检测样品从旋流器溢流口引出, 经纯水稀释后流入透明细管, 使用激光获取浆液衍射图像, 采用改进Phillips-Twomey算法进行反演计算得出石灰石浆液的粒径分布。对激光检测部分进行了实验, 实验检测结果与电厂筛分法检测结果基本一致, 满足现场检测需求。结果表明该检测方法能够准确检测石灰石浆液的合格率, 具有很好的可行性。

针对大尺寸工件测量效率低, 精度要求高等问题, 分析传统大尺寸工件测量技术缺点, 结合数字化测量设备性能互补, 提出一种基于激光跟踪仪与关节臂测量机的大尺寸工件组合测量方法。首先, 对大尺寸工件进行测量区域划分, 并设置测量公共点。之后, 通过测量公共点的坐标拟合, 完成各测量区域的自动拼接, 并进行3D比较, 实现对大尺寸工件的质量检测。将组合测量方法与传统测量方法进行比较, 突出该方法优越性,并进行实例分析, 证明本文方法的有效性。

传统合拢管法兰相对位姿测量方法为现场取型法, 该方法精度低、工期长且存在安全隐患。少数船厂采用的新型接触式测量方法, 也因现场测量环境复杂而无法广泛应用。应用线激光测量及单目靶标跟踪, 提出的船舶合拢管法兰相对位姿柔性测量方法, 可同时解决以上问题。由线激光扫描仪测量法兰特征, 利用扫描仪-靶标手眼标定结果和跟踪相机捕捉的辅助靶标姿态进行两次坐标转换, 使测量结果统一在跟踪相机坐标系中, 并进一步处理获得相对位姿数据。实验表明, 该方法法兰中心距测量误差0.59 mm,法兰平面法向量夹角测量误差0.08°, 满足合拢管设计精度需求。

设计了一个基于二维激光雷达的室内物体三维重建系统, 并利用实验过程中采集到的图片, 对研究目标的三维模型进行轮廓识别。系统的硬件采用了一款消费级二维激光雷达, 具有较高的实际应用价值; 系统软件采用了Labview编程, 实现了设备间的控制和通信, 达到三维坐标的采集、预处理和后期的图像处理及识别的目的, 在三维点云处理中使用了3DReshaper软件, 准确获得了感兴趣区域(ROI)的三维模型及轮廓图, 通过后期和目标图像轮廓的相似度对比, 相似度都在0.7以上, 效果较好。实验结果表明, 该系统成本低、结构简单、性能稳定, 通过采集数据、构建模型以及图像的相关算法, 为将来实现目标物体的图像匹配和深度学习提供了研究基础。

无人驾驶车辆对前方道路信息检测时, 传统的基于欧式距离的密度聚类算法在计算密度不均匀的激光雷达数据时, 在搜索精度和效率上存在一定的局限性。针对这一问题, 提出一种改进的Jarvis-Patrick(JP)聚类算法。该算法通过k近邻(k-nearest neighbor)和共享最近邻SNN(Shared Nearest Neighbor)相似度间的关系来度量数据的局部密度选出代表点, 对数据密度的变化具有伸缩性从而增加了算法的搜索速度和精度。对改进JP算法聚类后的簇进行评估, 在道路边沿簇中使用随机抽样一致性算法(RANSAC)对两侧道路边沿点进行拟合。经实车实验表明, 改进后的JP算法时间消耗上降低了32.6%, 对被遮挡的道路边界及可行驶区域内障碍物检测精度均有提高。

为了研究高斯脉冲激光激励下的热电偶时间常数测试方法, 构建以半导体激光器为加热源的热电偶动态性能测试系统, 采用负阶跃信号法分析不同温度下结点裸露式K型热电偶的动态响应曲线。实验首先通过调整激光器输出功率, 为热电偶提供目标温度。然后立即停止激光加热, 使热电偶产生负阶跃形式的动态测温过程。最后通过负阶跃信号法分析热电偶动态响应曲线计算得出时间常数。以目标温度为812.8 ℃和666.7 ℃为例分析其动态响应曲线中负阶跃部分, 计算得出对应的时间常数值分别为0.357 6 s和0.316 9 s。同时, 基于ANSYS有限元仿真软件平台进行高斯脉冲激光加热热电偶结点的瞬态传热分析研究。设定球形结点半径为1 mm, 导热系数为20 W/(m·K), 激光光斑半径为4 mm。通过仿真分析得到结点温度由957 ℃降至负阶跃温差的63.2%时所对应的时间为0.59 s, 这为热电偶时间常数值的精准测试提供一定的理论依据和测试方法。

为了准确预测反射型半导体光放大器(RSOA)中的放大自发辐射(ASE)噪声和掌握RSOA的最佳工作区间, 在SOA宽带稳态模型以及高效动态模型的基础上, 修改了RSOA的部分结构并将多阶迭代的算法运用到RSOA理论建模以及增益噪声指数测试中。实验结果表明RSOA在偏置电流大于130 mA时增益稳定在26 dB以上, 噪声指数稳定在11 dB。且在偏置电流不变时, 低输入功率-30 dBm时, RSOA处于最佳工作区间。该种新型RSOA模型满足且优于实际应用中RSOA的各项工作参数, 测试结果对RSOA的产品优化设计和光网络单元最佳工作区间具有指导和改进的意义。、

本文综述了目前激光熔覆自润滑复合涂层中以软金属、硫化物、氟化物、石墨、无机含氧酸盐等材料作为涂层固体润滑剂的研究进展; 总结了润滑材料的性质、润滑机制、适用范围及其对激光熔覆制备涂层摩擦学性能的影响, 概括了固体润滑材料包覆技术、纳米技术、协同润滑技术在激光熔覆应用中的现状及发展前景, 以期为激光熔覆自润滑耐磨涂层材料的发展提供参考借鉴。

钛合金作为一种具有战略意义的新型金属结构材料, 广泛应用于航空制造领域。本文对航空用钛合金及其激光加工技术的研究应用情况进行综述。重点介绍钛合金在飞机机身、航空发动机、航空紧固件等方面的应用发展情况; 结合航空工业钛合金应用的实际情况, 介绍了几种典型的钛合金激光加工制造技术的应用现状; 并讨论航空用钛合金未来发展趋势。

激光透射焊接技术是一种近些年发展迅速的塑料焊接技术, 具有焊接强度高、速度快、精度高、易实现空间曲线焊接等优点, 在汽车、医疗器械、包装等领域得到了较为广泛的应用。塑料激光透射焊接通过吸光层塑料吸收激光的光能, 并将光能转换为热能, 使得吸光层和透光层塑料接触区域发生少量的熔融, 冷却之后形成高强度焊缝。首先, 从焊接原理、焊接系统、焊接方法、工艺参数四个方面介绍了塑料焊接技术。其次, 从工艺参数、温度场研究、设备研发、吸收剂四个方面对近年来塑料激光透射焊接领域的研究动态进行了综述。最后, 对塑料激光透射焊接技术的未来发展趋势进行预测和展望。

目的: 比较不同能量的Er:YAG激光对早期种植体周围炎治疗的临床疗效。方法: 纳入90例(男51例, 女39例, 年龄24~69岁)早期种植体周围炎患者, 分A、B、C、D四组, 治疗前均进行传统的龈上洁治及龈下手工刮治。实验组分别用40 mJ、60 mJ、80 mJ的Er:YAG激光进行照射, 术中用视觉模拟评分法(visual analogue scale, VAS)记录患者疼痛程度; 对照组用盐酸米诺环素处理牙周袋。临床治疗1次/周, 3次后记录第1周、4周、8周、12周时各组临床指标: 菌斑指数(plaque index, PLI)、出血指数(bleeding index,BI)、探诊深度(probing depth, PD)、骨缺损深度(defect depth, DD), 并与基线指标进行比较。结果: 治疗后各组临床指标较治疗前均有明显改善(P＜0.05)。PLI在各组无明显差异; BI的改善在80 mJ组优势突出; 第12周时实验组PD及DD改善优于对照组(P＜0.05); 在PD改善上第1周时40 mJ较其他组弱, 第4周、8周及12周时60 mJ、80 mJ的改善突出; 术中VAS比较能量越大患者的评分越高。结论: 在安全范围内, 本研究中推荐使用60 mJ、20 Hz的Er:YAG激光对早期种植体周围炎进行照射, 效果较佳。