红外与激光工程
2023, 52(5): 20220731
1 沈阳工业大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110870
2 辽宁省激光表面工程技术重点实验室，辽宁 沈阳 110870
采用GH4169合金粉末对GH738合金进行激光沉积修复研究，分析了沉积态和时效热处理态试样的显微组织特征、显微硬度分布及摩擦磨损性能。研究表明：沉积态试样的修复区底部组织为柱状枝晶，修复区中心和修复区顶部组织由柱状枝晶和等轴枝晶组成，修复区枝晶间分布着富含Nb元素的Laves相；相比于基体，热影响区中的γ′相数量减少并呈现粗化趋势，MC碳化物发生分解生成M23C6碳化物。时效热处理后，修复区组织形成了新的晶界，部分Laves相发生碎化，γ′和γ″强化相析出且分布均匀。沉积态试样修复区的平均硬度约为291 HV，热处理态试样修复区的平均硬度约为461 HV，热处理态试样修复区的平均硬度要高于基体。热处理态试样修复区的平均摩擦系数约为0.40，基体的平均摩擦系数约为0.51，修复区的耐磨性能优于基体。修复区的磨损机理为磨粒磨损，基体的磨损机理为磨粒磨损和黏着磨损。
激光技术 GH4169合金 GH738合金 激光沉积修复 显微组织 时效热处理 中国激光
2023, 50(12): 1202209
沈阳工业大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110870
对TC4钛合金激光增材修复试样进行不同方向的组织、显微硬度及室温拉伸性能分析。结果表明：激光增材修复区为典型的网篮组织，增材高度方向增材区为细密的网篮组织，倾斜方向增材区的网篮组织内包含部分等轴α相，扫描方向试样由于热量累积少，散热快，且靠近结合区，由大量细长α板条以及部分针状α′组成。增材区显微硬度以扫描方向试样为最大，约为345 HV，比增材高度方向和倾斜方向试样高出4.1%；扫描方向试样结合区的显微硬度最高，达到362 HV。不同方向试样室温拉伸性能存在各向异性，扫描方向试样抗拉强度高，塑性略低，增材高度方向和倾斜方向试样抗拉强度低，塑性略高。断口均表现出韧性断裂。
激光增材修复 TC4钛合金 显微组织 显微硬度 室温拉伸性能 laser additive repair Ti-6Al-4V microstructure microhardness room-temperature tensile property
1 沈阳工业大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110870
2 辽宁省激光表面工程技术重点实验室，辽宁 沈阳 110870
采用纳秒脉冲光纤激光器对5083铝合金阳极氧化膜进行清洗，对清洗试样的表面形貌、表面粗糙度、元素组成和含量、清洗率及清洗机制等进行分析。研究表明，脉冲频率影响扫描振镜方向的光斑搭接率，激光行进速度影响清洗方向的光斑搭接率，在过高的激光能量下清除氧化膜时会造成基体二次氧化。工艺参数对表面粗糙度的影响规律不同，表面粗糙度随单脉冲能量的增加先增大后减小，随脉冲频率的增加出现两次先减小后增大，随激光行进速度的增加先增大后减小再增大。当单脉冲能量为100 mJ、脉冲频率为9.67 kHz、扫描振镜速度为4000 mm/s、激光行进速度为6.5 mm/s时，5.27 μm厚的氧化膜几乎被清洗干净，表面粗糙度为Sa=0.608 μm，优于机械打磨表面粗糙度（1.18 μm），清洗率达97.14%，与参数优化前相比清洗率提升了2.43%。激光清除5083铝合金氧化膜的机制为热烧蚀、弹性振动剥离和孔洞爆破。
激光技术 激光清洗 5083铝合金 阳极氧化膜 清洗效果优化 清洗机制 工艺参数
沈阳工业大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110870
采用脉冲光纤激光器对TC4钛合金表面的环氧锌黄漆层进行了激光清洗试验，研究了激光能量密度和激光清洗速度对清洗效果的影响规律，分析了试样清洗后的表面形貌、表面粗糙度以及物相组成，并测量了清洗后基材表面的维氏硬度。研究结果表明，清洗效果随着激光能量密度的增加或清洗速度的减小而逐渐变好；当激光能量密度为4.00 J/cm2、清洗速度为3 mm/s时，清洗后基材表面的物相成分只有Ti和Ti6O，没有CaCO3，说明在此工艺参数下漆层已经完全被去除。彻底去除漆层后的钛合金的表面粗糙度与原始基材表面粗糙度相近，粗糙度为Sa=2.082 μm。清洗后TC4钛合金试样表面的维氏硬度平均值为368.74 HV，相比原始硬度约提高了7.4%。研究结果表明，通过合理选择工艺参数，可以有效去除钛合金表面漆层，并获得较好的表面形貌，同时能提升其表面平均硬度。
激光技术 激光清洗 TC4钛合金 漆层 能量密度 清洗速度
沈阳工业大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110870
采用脉冲光纤激光器对7075铝合金阳极氧化膜进行清洗，研究了平均功率、扫描速度和脉冲频率对清洗后试样表面形貌和微观组织的影响规律，分析了工艺参数对粗糙度和氧含量的影响。结果表明，随着平均功率由175 W增大至250 W，能量密度逐渐增大，清洗率增大，粗糙度则减小。随着扫描速度由1500 mm/s增大至3000 mm/s，光斑搭接率逐渐减小，清洗率先增大后减小，粗糙度则先减小后增大。随着脉冲频率由2.5 kHz增大至4 kHz，能量密度逐渐减小，光斑搭接率逐渐增大，清洗率逐渐减小，粗糙度则先减小后增大。当平均功率P＝250 W、扫描速度v＝2500 mm/s、脉冲频率f＝2.5 kHz时，氧化膜几乎被清洗干净，清洗率最高为98.7%，粗糙度达到最小值(0.45 μm)。通过研究还发现，激光清洗铝合金阳极氧化膜的清洗机制主要为气化，部分区域存在弹性振动剥离机制。
激光技术 激光清洗 铝合金 阳极氧化膜 工艺参数 去除机制 中国激光
2022, 49(16): 1602020
沈阳工业大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110870
采用脉冲激光器对2A12铝合金基体表面涂覆的环氧树脂底漆与丙烯酸聚氨酯面漆进行激光清洗试验，针对激光清洗表面的形貌、粗糙度及元素含量进行分析。结果表明：在激光能量密度和激光扫描速度分别为4.45 J/cm2和8 mm/s时，能完全去除面漆且底漆保留完好，并获得了最接近底漆层原始厚度的残余漆层；在此激光能量密度下，当激光扫描速度为5.5 mm/s时，能完全去除复合漆层，且此时阳极氧化膜层的微观形貌完好，氧元素质量分数约为40%，清洗表面的粗糙度Ra=1.138 μm。当参数组合为3.56 J/cm2和6 mm/s时，也能完全去除面漆且底漆保留较好；当激光能量密度为4 J/cm2和激光扫描速度为5 mm/s时，能完全去除复合漆层，此时阳极氧化膜表面上氧元素的质量分数约为34%。本研究证明了通过选择合适的激光工艺参数组合能够调控激光清洗质量，验证了激光分层清洗的可行性。
激光技术 激光清洗 铝合金 复合漆层 表面形貌 工艺参数
沈阳工业大学机械工程学院, 辽宁 沈阳 110870
基于机器视觉技术, 提出钢材表面锈蚀物激光清洗检测方法。构建了激光清洗视觉检测系统, 采用SURF算法对采集图像进行连续拼接, 基于HSV色彩空间转换方法, 获得钢材锈蚀物的HSV阈值, 同时采用中值滤波方法去除干扰像素点。结果表明, 基于机器视觉的激光清洗检测方法, 实现了激光清洗过程钢材锈蚀表面的视觉检测, 与灰度阈值提取方法相比, 提高了检测精度, 可为钢材锈蚀表面的激光清洗质量提供量化评价。
激光技术 激光除锈 检测 SURF算法 HSV色彩模型 laser technology laser derusting detection SURF algorithm HSV model
1 沈阳工业大学机械工程学院, 辽宁 沈阳 110870
2 沈阳帕卡濑精有限总公司, 辽宁 沈阳 110042
采用脉冲激光清洗技术以不同的振镜扫描速度对TA15钛合金表面的氧化层和油污进行去除,分析了激光清洗后TA15钛合金的表面形貌以及清洗表面的成分变化和硬度变化。结果表明:随着振镜扫描速度从7000 mm·s -1 增大到10000 mm·s -1,清洗表面的钛元素含量呈现先增加再降低的趋势,而氧元素含量则是先降低再升高;当扫描速度为8000 mm·s -1时,清洗表面的钛元素含量达到最高值,w(Ti)=79.47%,氧元素含量达到最低值,w(O)=8.62%;清洗表面的硬度随着扫描速度的减小而增大;激光清洗去除TA15氧化层的机制主要为气化机制和相爆炸机制。
激光技术 激光清洗 TA15钛合金 氧化层 表面形貌 表面成分 维氏硬度 中国激光
2021, 48(18): 1802004
1 沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室 辽宁 沈阳 110136
2 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司焊接技术室 辽宁 沈阳 110043
针对TC17钛合金薄壁零部件边缘损伤修复需求, 采用TA15钛合金粉末对TC17钛合金损伤试样进行激光沉积修复试验, 通过优化工艺参数, 获得了较小熔深、无缺陷的修复试样; 研究了激光沉积修复试样的显微组织特征、室温拉伸性能及硬度分布。结果表明: TA15修复区组织为粗大的原始柱状β晶, 晶粒内为α/β网篮组织, α片层取向随机; 相对于TC17基体, 热影响区α片层组织出现了细化现象, 长宽比有所降低, 但α片层宽度明显减小; 修复试样室温抗拉强度达到TC17锻件的90.2%, 比TA15锻件高10.6%, 断后延伸率为4.3%, 略低于TC17和TA15锻件; 热影响区的显微硬度略高于基体和修复区, TA15修复区的显微硬度低于TC17基体的硬度, 高于TA15锻件硬度。
激光沉积修复 显微组织 拉伸性能 显微硬度 laser deposition repair TA15 TA15 TC17 TC17 microstructure tensile property microhardness
