激光刻型过程中, 保护胶与铝合金因热物理性能参数不同会导致界面裂纹、保护胶脱落等现象。为了解决这些问题, 基于热应力耦合分析法, 建立了2维多层材料有限元模型, 将脉冲激光以高斯热流密度载荷的形式加载在保护胶表面, 通过计算求解得到铝合金基体的应力分布云图以及在热应力作用下保护胶切口形貌随激光加工参数的演变规律,对比分析了激光功率、扫描速率、重复频率等加工参数对温度场、应力场、刻蚀形貌与应力位移的影响。结果表明, 功率60 W、扫描速率10 m/min、重复频率100 kHz时, 对温度场、应力场、刻蚀形貌与应力位移的影响最小。该研究对于激光刻型在化学铣切中的实际应用具有参考价值, 为激光刻型的工艺优化提供了方向。

采用“台阶”结构充当填充金属,开展了TC4钛合金T形接头的双光束激光焊接研究。首先对工艺台阶尺寸进行优化,采用优化台阶尺寸在不同激光功率、焊接速度、离焦量下开展双光束激光焊接试验,根据光学显微镜观察、扫描电镜观察、拉伸试验、显微硬度试验对比接头的焊缝形貌及力学性能,确定出了优化的焊接参数。结果表明：台阶尺寸为0.8 mm×0.8 mm时,焊缝表面过渡平滑,无凹陷和外凸现象发生；提高激光功率或降低焊接速度会增大焊缝熔深及结合面面积,只有当焊接速度与激光功率合理匹配的情况下,才可以获得既满足熔深要求又具有足够结合面面积的理想接头；显微硬度测试结果表明热影响区与焊缝的显微硬度均高于母材；焊缝熔深适中时有利于提高T形接头轴向抗拉强度,试验条件下接头抗拉强度达母材抗拉强度的90%以上。研究结果对于钛合金薄壁复杂结构“以焊代铆”实现机身减重和促进我国飞机**集成技术创新发展具有重要意义。

多视角结构光测量是利用结构光测量系统从多个角度测量实现被测对象完整表达的过程,所以多个视角下测量数据的拼接影响了被测对象的完整性。提出一种利用深度学习估计位姿并直接进行多视角数据拼接的方法。结构光测量模型为四步相移配合多频外差法,实现单次高精度三维重建。使用只看一次(YOLO)网络识别被测对象的3D包围盒角点,采用n点透视(PnP)算法进行目标位姿估计。由于测量系统和位姿估计的坐标系均统一到单目相机下,多个视角的数据直接利用估计的位姿进行拼接。建立相邻点云的特征描述子,利用迭代最近点(ICP)算法实现高精度拼接。结果表明,提出的测量方法能够有效实现多视角结构光数据的拼接;位姿估计的平移精度优于3 mm,旋转精度优于1°,拼接点云的平均偏差为0.02 mm;这与利用标志点拼接的结果具有可比较的精度水平。拼接方法适用于单次可完整估计位姿的多视角结构光测量,提升了多视角拼接效率。

以TC4钛合金焊丝为填充材料,对1.2 mm厚的TC4钛合金板材进行激光填丝焊接试验研究,以分析工艺参数对焊缝宏观成形的影响。通过开展单一变量试验,探索激光功率、焊接速度以及送丝速度对焊缝宏观成形的影响规律。同时,还对相同工艺参数、不同试板装夹间隙宽度情况下的焊缝成形情况进行研究,探讨所获得的较优工艺参数的适用情况。最终得到1.2 mm厚的TC4钛合金激光填丝焊接的较优工艺参数:激光功率为1.5 kW,焊接速度为1.2 m/min,送丝速度为2.5 m/min。此工艺参数组合下得到的焊接接头焊缝宏观成形良好,无明显外观缺陷。