通过在钛合金表面激光熔覆镁钴合金, 从而解决钛合金在航天航空领域中材料表面磨损以及材料减震性能不足等问题。分别对激光功率以及镁钴混合比例进行对比实验, 并对实验结果进行检测分析。实验结果表明, 激光功率为235.2 W, 镁钴混合比例为1∶300时, 熔覆效果最为理想。对该条件下的实验样品进行电镜扫描表征和EDS元素分析谱图可知, 钛合金在进行激光熔覆后, 基体中的Ti元素和熔覆层中的Co、Mg元素相互渗透, 且元素在基体和熔覆层中均匀分布。进一步检测结果表明, 熔覆材料完全熔覆到基体表面, 熔覆层中的Co和Mg元素浓度都得到了一定程度的提升。

针对激光熔覆专用粉末的问题, 微调材料配比, 采用真空气雾化的方法制备了激光熔覆用Fe55合金粉末。研究了不同雾化气体压力、导流管直径对粉末粒度分布的影响; 在最佳工艺参数下, 对粉末的成分、杂质含量进行了测试; 利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对粉末形貌、相结构进行了观察与分析; 采用霍尔流速计测试粉末的流动性; 最后, 将粉末在42CrMo基体上进行激光熔覆试验, 并对涂层的硬度进行测试。结果表明, 雾化气体压力在3.5 MPa, 导流管直径6.0 mm时, 所得粉末主要分布在10~300 μm之间; 粉末具有较低的杂质含量, 其中氧含量274 ppm, 氮296 ppm, 硫含量157 ppm; 粉末形貌大多呈现为球形、类球形结构, 卫星球较少, 粉末物相结构主要由α-Fe、M-(FeCr)固溶体相组成; 粉末流动性为17 s/50 g, 表现出良好的激光熔覆性, 涂层的硬度在HRC 54.5~56.8之间。

为了降低残余应力对激光熔覆层性能的影响, 利用ANSYS软件建立了单层熔覆模型, 采用正交实验法来探究激光工艺参数(激光功率、扫描速度与光斑直径)对熔覆层残余应力的影响规律, 获得了优化的工艺参数。研究结果表明, 扫描速度及激光功率对残余应力的影响最大, 其次是光斑直径; 对获得的优化工艺参数组合进行了计算, 残余应力减低为192 MPa。为工艺试验参数选择提供指导。

采用FLUENT软件建立钛合金激光熔覆熔池的数学模型, 对高强度激光辐射下熔池的产生和发展进行数值模拟, 分析了激光辐照时间对熔池表面温度场、流场速度分布的影响, 对模拟结果和实际熔池的宽度与深度进行比较。结果显示, 激光熔池在0.1 s之内, 熔池温度、流动速度和几何尺寸急速增大, 0.2 s之后, 熔池的最大温度和最大速度趋于稳定, 激光能量源呈高斯模式下激光熔池表面中心温度最高, 近边缘处的流体速度最大。由于熔池自由表面的波动和外溢飞溅等现象, 模拟熔池宽度明显大于实际熔道。

铜及其合金因具有优良的导热性能而被应用于模具制造业, 而激光选区熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术能够有效成形高性能复杂结构模具。目前采用SLM成形铜及其合金的研究较少, 系统地研究了SLM成形纯铜的工艺参数, 获得了最优工艺窗口下成形的纯铜块体的显微形貌、物相及其机械性能等。在激光功率360 W、扫描速度600 mm/s的最佳参数组合下, 得到了致密度接近88%的纯铜试样, 其表面和侧面的维氏硬度分别为42.9±6.8、32.8±4.5 HV, 试样的平均抗拉强度和延伸率分别为95.0±24.2 MPa、8.9±3.8%。该研究为SLM成形纯铜应用于工业尤其是模具制造业提供了理论与工艺借鉴。

采用选区激光熔化技术成形18Ni300马氏体时效钢, 并对成形件经固溶时效热处理研究。结果表明, 固液界面前沿的温度梯度与凝固速率的比值(G/Vs)决定了沉积态微熔池底部到顶部的胞-柱状枝晶的微观演变; 而在微结构区域存在的六角胞、伸长胞及条带组织的相互过渡是通过几何拓扑变换来实现。经热处理后, 沉积态胞状、柱状及亚微米组织结构消失, 出现细小板条状马氏体, 并在马氏体基中形成细小颗粒状沉淀相; 而热处理前后性能测试表明, 经固溶时效热处理后, 维氏显微硬度增加, 抗拉强度也显著增加, 延伸率降低, 断口形貌呈现典型的韧性断裂。

采用选区激光熔化成形制备TC4钛合金, 分析了沉积态和热处理态下TC4钛合金微观组织, 并通过拉伸试验, 测试了热处理态下TC4钛合金抗拉强度和延伸率。结果表明, 沉积态钛合金在快速冷凝下组织几乎全为非平衡相α′, 组织细密。当固溶热处理工艺为960 ℃、2 h、AC(Air cooling)时, 钛合金组织由非平衡相α′全部转换为平衡相α, 组织粗化为板条状, 试样的抗拉强度最高可以达到1 056 MPa, 延伸率达到16.9%, 整个断面有均匀密集分布的等轴韧窝, 属于典型的韧性断裂, TC4钛合金在热处理下获得较佳的强度-塑性匹配。

从宏观和微观两方面分析激光选区熔化设备零件打印中出现纵向裂缝的原因, 认为纵向裂缝的产生主要表现在激光扫描能量过低。通过测试扫描光路系统各项性能将问题定位于光路系统延时, 然后, 调试光路系统延时的参数保证打印零件上不存在裂缝。最后根据工艺试验的结果(成型零件的随炉样件致密度高达99.7%, 抗拉强度为626 MPa)验证零件纵向裂缝的影响因素之一为光路系统在该位置激光能量过低。

对2Cr13不锈钢粉末进行激光选区熔化成形研究, 开发成形工艺参数, 研究不同工艺参数下熔池凝固行为, 制备显微组织观察试块及力学性能测试试块, 观察成形件显微组织特征并测试成形件布氏硬度、弯曲强度、室温拉伸性能。结果显示, 当成形工艺参数为激光功率200 W、层厚30 μm、光点间距75 μm、曝光时间110 μs、线间距115 μm时, 成形件致密度达99.75%; 显微组织无孔洞, 成形件纵截面熔池搭接形成鱼鳞状形貌; 成形件强度高、塑性差且力学性能表现出各项异性, 横向性能与锻件相近, 纵向性能较弱。

激光重熔是常用的一种提高等离子喷涂双层结构热障涂层性能的方法。综述了国内外相关研究进展, 主要从重熔工艺的角度介绍了其主要制备技术, 常规激光重熔强化, 激光重熔分步强化和激光重熔一步强化加工方法。阐述了激光重熔等离子喷涂热障涂层存在的主要问题, 同时指出了解决的主要措施, 最后对其主要发展趋势进行了讨论。

以10 mm厚度的Q345B钢板为母材, 针对激光深熔TIG复合焊接主要工艺参数对焊缝成形的影响规律开展系列研究, 为复合焊接工艺优化提供实验依据。实验结果表明, 激光对熔池起到了冲击和搅拌的作用, 提高了熔池的流动性, 形成了平整的焊缝, 同时焊缝的熔宽由电弧电流主导, 激光功率对焊接熔宽的影响较小, 焊接熔深会随着激光功率的增加而增加; 熔深和熔宽随着离焦量的增加(-2~3mm)均为先增大后减小; 激光在前的复合模式整体要比电弧在前的复合模式的焊接熔深大。

采用光纤激光-CMT复合焊接工艺对6 mm厚5454-H24/6106-T6铝合金型材进行对接焊试验。经工艺参数优化后, 得到成形良好的焊接接头,在此基础上分别进行了1次、2次和3次补焊, 对比分析了多次补焊后接头的显微组织和力学性能, 并评估了接头的热裂纹敏感性。结果表明, 所得到对接接头和3次补焊接头的焊缝横截面均为典型的“Y”型, 随着补焊次数增多, 熔宽增大, 相应的热影响区(Heat affected zone, HAZ)范围也越宽, 焊缝区显微组织晶粒变大, 气孔倾向有所增加。复合焊接接头的抗拉强度和屈服强度都有所降低, 焊接接头均于焊缝处断裂。补焊后, 6106侧热影响区显微硬度有所下降, 而5454侧热影响区未出现明显降低。补焊后, 热裂纹敏感性升高, 在控制好工艺和降低焊接缺陷的情况下, 可以进行三次补焊。

针对油田用承压不锈钢管材, 选用1Cr17Mn6Ni5N不锈钢(16Cr不锈钢)钢板进行激光焊和高频焊焊接试验。采用OM、SEM观察焊缝的宏观形貌、显微组织, 测试焊接接头的力学性能。结果表明, 激光焊焊缝成型良好, 显微组织均匀, 硬度与母材差别不大, 弯曲性能良好, 抗拉强度为701 MPa; 高频焊焊缝存在错边, 显微组织不均匀, 铁素体含量高, 焊缝硬度高于母材60 HV, 弯曲时焊缝开裂, 抗拉强度为679 MPa。由此可见, 采用激光焊焊接16Cr不锈钢更能获得良好的焊接接头, 因此选择激光焊焊接方法继续进行工艺研究。

以2 mm厚7075-T6铝合金薄板为研究对象, 建立了低频余弦振荡扫描激光焊接传热模型, 通过数值模拟得到其焊接温度场。对比研究了焊接工艺参数对传统激光焊接和低频振荡扫描激光焊接温度场的影响规律。研究结果表明, 传统激光焊接温度场呈完全对称分布, 焊接温度呈现连续上升规律; 而低频振荡扫描激光焊接温度场则为不对称分布, 焊接温度则呈现波动上升规律; 在相同的激光功率和焊接速度下, 前者的熔池最高温度及升温速率显著大于后者。在低频振荡扫描激光焊接中, 升温速率随振荡频率和振幅的增大而降低; 熔池最高温度随振幅的增大而降低, 熔池宽度则随振幅的增大而增大。

采用光纤激光对2 mm厚6061铝合金和1 mm厚Q235钢板进行搭接焊, 研究了激光功率、焊接速度和离焦量对焊缝微观组织、接头成分和抗拉剪强度的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)对接头截面组织以及拉伸试样断口进行观察, 采用能谱仪(EDS)对断口成分进行分析。结果表明, 激光功率在850 W以上可以形成良好的接头, 最佳焊接速度为35 mm/s, 离焦量为5 mm时焊缝成形最好; 拉伸试样断口主要集中在焊缝-铝合金界面处, 焊缝-Al界面处金属间化合物主要有FeAl3、FeAl、Fe2Al5等, 接头拉伸性能受金属间化合物层厚度影响, 断口为脆性断裂。

为了提高CFRTP/不锈钢激光焊接过程数值模拟的准确性, 在考虑界面接触热导率对焊接温度场影响的情况下, 建立了CFRTP/不锈钢激光焊接热接触有限元模型, 利用ANSYS软件对温度场进行了数值模拟, 并分别讨论了激光功率、焊接速度、夹具压力等不同工艺参数对接头熔宽及温度场的影响规律。结果发现, 较传统模型而言, 热接触模型可将接头熔宽计算值的相对误差从17.8%降低至6.7%, 更为接近实际, 可用来指导试验及工业生产。

利用激光作用的一维热传导模型进行数值计算, 在确定聚碳酸酯(PC)表面抛光所需要的功率密度为104 W/cm2数量级的条件下, 比较了不同的激光扫描速度对聚碳酸酯表面抛光效果的影响。结果表明, 最优抛光参数为：离焦量正5 cm, 峰值功率密度3.1×104 w/cm2, 扫描速度20 mm/s, 此时可以将PC样品的表面粗糙度由5 μm降至2 μm, 而不会使样品变质。随着激光扫描次数的增加, 样品的表面粗糙度进一步下降, 并在扫描10次左右达到最小值。这一结果对降低PC表面的粗糙度具有指导意义。

针对金属激光3D打印、激光熔覆等激光沉积成形工艺表面质量差、难以直接装机使用的工艺难题, 利用光纤半导体耦合激光器对铁基激光熔覆层进行宏观抛光处理, 研究激光抛光对激光沉积成形表面形貌和物理力学性能的影响规律。首先采用手持显微镜和白光干涉仪对熔覆层激光抛光宏观形貌和粗糙度进行测试、分析与表征, 然后使用扫描电子显微镜(SEM)对熔覆层微观组织进行测试分析, 进而利用显微硬度计测试熔覆层沿深度方向的微硬度值, 利用X射线应力测试仪对熔覆层表面残余应力测试。研究结果表明, 激光抛光熔覆层宏观形貌平整, 激光熔覆层的粗糙度显著降低; 比较了不同抛光次数对表面质量的影响, 抛光一次后熔覆层中部微观组织为平面胞状晶, 抛光两次熔覆层中部微观组织为细小的等轴晶; 抛光一次后表面残余应力为压应力, 抛光两次后表面残余应力为拉应力; 抛光两次后的显微硬度较原始熔覆层提高1.3倍, 较基体提高3.5倍。

通过一种改进的有限元数值模拟方法研究多点激光冲击强化对TC17钛合金表面残余应力和表面变形的影响。为了验证该模拟方法, 将已有实验数据与数值模拟结果进行对比分析, 分布规律具有一致性。在此基础上, 分别分析了激光冲击次数和激光功率密度对表面残余应力和表面变形的影响, 数值模拟结果表明, 随着激光冲击次数的增加, 表面残余应力和表面变形增加, 分布不均匀性也增加, 3次激光冲击后, 表面残余应力和表面变形趋于饱和状态; 随着激光功率密度的增加, 表面残余应力和表面变形都增加。

为了研究激光功率对液压支架立柱母材27SiMn钢激光淬火处理的影响, 利用ANSYS有限元软件模拟了激光淬火的过程, 得到了不同功率下温度场分布。在27SiMn钢表面进行了与数值模拟相同条件下的激光淬火实验, 并分析了宏观形貌、显微组织和显微硬度。结果表明, 数值模拟和实验所得到的淬火区深度基本一致。数值模拟中, 工件峰值温度随激光功率增大而增大, 整个温度场截面呈半月牙状; 实验所得到的硬化层形貌与仿真结果类似, 呈半月牙状。淬火后基体表层形成了细小致密的马氏体组织, 且硬化层的硬度比基体增加了2.5倍以上, 并且随着激光功率增加, 硬化层的深度和硬度也逐渐增加。

报道了一种结构简单紧凑的高峰值功率抽运单级双通掠入射Nd:YVO4板条放大器。为了抑制高峰值功率抽运时的放大自发辐射(Amplified spontaneous emission, ASE), 板条晶体上下表面镀锗处理, 并设计了掠入射全反射中心点与抽运区域中心点不重叠的双通放大光路。采用该放大器对重复频率200 Hz, 单脉冲能量10 μJ, 脉冲宽度24 ns的种子光进行放大, 在最大抽运能量35 mJ时, 获得了单脉冲能量2.7 mJ, 脉冲宽度24.3 ns, 光束质量因子M2约1.2的激光输出, 能量提取效率7.7%。

针对传统的填充型导电复合材料内部导电网络难以精确构造问题, 首次将选择性激光烧结成型技术应用于填充型导电复合材料成型中, 首先利用选择性激光烧结成型技术快速制备多孔石墨骨架, 然后利用热压成型工艺实现多孔石墨骨架与酚醛树脂基体的复合, 获得了新型填充型导电复合材料。研究了Y字型类蜂窝多孔石墨骨架基本特征结构参数对新型填充型导电复合材料电学性能影响, 给出新型填充型导电复合材料Z方向电阻率计算模型, 最后设计实验进行验证。研究表明, 新工艺是可行的, 通过改变基本特征单元结构参数即可改变新型填充型导电复合材料内部导电通路数量及并串联方式, 实现了对新型填充型导电复合材料电学性能的主动调控, 这为填充型导电复合材料制备提供了新方法。

光声层析成像是依据探测到的光声信号来重建组织内光能量吸收分布图像的一种技术。近年来, 该研究领域得到了巨大的发展, 其应用范围广泛, 包括了解剖学、功能学和分子影像学。然而, 其中一个巨大挑战是由于光声效应的光到声的转换效率非常低, 导致光声信号的信噪比很小, 得到的重建光声图像质量也不高。传统的提高光声信号信噪比的方法是数据平均法, 但严重限制了成像速度。在不牺牲信号保真度和成像速度的情况下, 首先, 利用经验模态分解(Empirical mode decomposition, EMD)实现光声信号的自适应分解, 然后, 以条件互信息为准则确定需要降噪的本征模函数(Intrinsic mode function, IMF), 对选定的本征模函数进行降噪处理得到降噪后的光声信号, 最后利用重构算法得到降噪后的光声图像。仿真和实验结果表明, 提出的这种利用经验模式分解和条件互信息结合的降噪算法对比传统的降噪算法更好地实现了光声信号信噪比的提高和重建图像对比度的提高。证明了该降噪算法的有效性, 同时该方法为低功率激光源和低功率放大信号信噪比的实时低成本PA成像系统的研制提供了可能。

基于无人机飞行平台的定位与测姿系统(Position and oricntation system, POS)是通过差分GNSS高精度定位技术与INS导航技术集成, 为基于直接地理参考的航空遥感提供位置和姿态基准, 是获取高质量遥感成像的关键。针对轻小型无人机采用的低精度IMU, 对其误差模型展开研究分析, 建立24阶卡尔曼滤波器, 最后采用GNSS/INS松组合模式得到高精度POS数据。实测数据表明, 将此误差模型下获取的POS数据与无人机激光雷达扫描数据进行融合处理, 可满足激光点云精度需求, 有效降低机载激光扫描系统成本。

针对目前制作特发性脊柱侧凸支架存在加工周期长, 在患者身上涂泥取模, 加工流程冗长等问题, 一些措施应该被采取来解决这些问题。将选择性烧结3D打印技术运用到特发性脊柱侧凸支架的整体制造中, 经过试验测试, 选择性烧结技术可以极大地缩短支架加工时间, 减少加工步骤, 并且对支架形态进行测试方面有着一定的优势, 提高特发性脊柱侧凸支架制造的效率。主要借助手持式扫描仪对患者进行身体扫描, 并根据扫描结果建立分块式脊柱侧凸矫正支架。结合Geomagic和Rhino软件, 通过ANSYS Workbench进行仿真及拓扑优化设计, 基于模型的拓扑优化结果, 对remove部分进行蜂窝形孔洞填充, 减轻重量。并对模型进行工程受力验证, 对比优化前后支架承受载荷能力。测试结果表明, 创新地提出的分块式脊柱侧凸支架在设定一定约束的条件下和保证支架矫正功能的情况下, 拓扑优化结构可以达到轻量化的功能, 减重达到8.36%, 拓扑优化后前胸板承受载荷能力为原始结构的97.61%, 后背板为96.62%。

介绍了激光通信中用于信标探测的大功率窄脉冲半导体激光器的驱动仿真方法和测试方法, 原理仿真采用储能法在multisim中进行激光器驱动功能验证, 然后利用器件的IBIS或者spice模型对核心器件功能进行了电源完整性和信号完整性仿真, 最后介绍了输出光脉冲的峰值功率与平均功率的测试方法。最终设计结果表明, 功能仿真和后端仿真结果与驱动电路的电流和脉宽设计参数一致。

目的：探讨超声导入肿胀麻醉液(肿麻液)对腔内激光治疗下肢静脉曲张术后疼痛的影响。方法：90例下肢静脉曲张患者随机分为研究组和对照组, 每组45例, 研究组在超声导引下行肿麻液注入辅助腔内激光消融治疗; 对照组在超声导引下行传统硬膜外麻醉辅助腔内激光消融治疗。比较两组临床疗效、神经阻滞情况、围术期心率(HR)和平均动脉压(MAP)、术后视觉模拟评分(VAS)以及术后日常活动恢复情况。结果：①研究组治疗总有效率为91.11%, 高于对照组的86.67%, 但两组临床疗效比较差异无统计学意义(P＞0.05)。②研究组神经阻滞起效时间短于对照组(P＜0.05), 研究组5、10、15 min神经阻滞评分高于对照组(P＜0.05), 两组神经阻滞成功率无统计学差异(P＞0.05)。③两组患者手术开始时及术后15、30 min 时HR较术前下降(P＜0.05), MAP较术前升高(P＜0.05), 但两组间不同时点HR及MAP比较, 差异均无统计学意义(P＞0.05)。④两组术后麻醉恢复时 VAS 评分无统计学差异, 但研究组术后2、4、6、8 h VAS 评分低于对照组(P＜0.05)。⑤研究组术后1d、2d、3d日常活动恢复比例均大于对照组(P＜0.05)。结论：在腔内激光消融治疗下肢静脉曲张过程中使用肿麻液能够比传统硬脊膜外腔阻滞麻醉更好地减轻术后疼痛。

目的：探讨激光光凝联合羟苯磺酸钙及血栓通对糖尿病视网膜病变微循环及炎性因子的影响。方法：选取DR患者86例, 按照数字列表法随机分为对照组和联合组, 每组43例。对照组给予激光光凝治疗, 联合组在激光光凝治疗基础上加用羟苯磺酸钙及血栓通治疗。观察两组治疗前后血管瘤、黄斑、出血斑、视力、视野灰度值、视网膜中央动脉及睫状后短动脉的峰值血流速度(PSV)、舒张末期血流速度(EDV)、阻力指数(RI)及空腹血糖(FPG)、餐后 2 h 血糖(2 h PG)、糖化血红蛋白(HbA1c)、血钙、血浆黏度、红细胞聚集指数、红细胞变形指数、血小板聚集率、低氧诱导因子-1(HIF-1)、血管内皮生长因子(VEGF)、白细胞介素1β(IL-1β)、基质金属蛋白酶9(MMP-9)等指标。比较两组临床疗效。结果：①联合组治疗总有效率(95.35%)明显高于对照组(72.09%)(P＜0. 05)。②两组治疗后FBG、P2hBG、HbA1c较治疗前均有下降(P＜0.05), 但两组差异无统计学意义(P＞0.05)。③与治疗前比较, 两组治疗后血管瘤、黄斑、出血斑、视力、视野灰度值、血浆黏度、红细胞聚集指数、红细胞变形指数、血小板聚集率、视网膜中央动脉及睫状后短动脉PSV、EDV、RI及HIF-1α、VEGF、IL-1β、MMP-9水平均有改善(P＜0.05), 但联合组改善情况显著优于对照组(P＜0.05)。结论：与激光单用相比, 激光联合羟苯磺酸钙及血栓通治疗DR的疗效显著, 可显著改善患者的微循环和炎性反应状态, 临床应用价值较高。