武汉理工大学汽车工程学院, 湖北 武汉 430070
采用连续光纤激光对铝/钢异种材料进行激光搭接深熔焊, 研究接头的显微组织、元素分布、界面析出相及其失效机理。结果表明, 焊缝凝固过程中界面处形成岛状、块状及层状Fe-Al化合物, 它们较大的硬度与脆性导致材料自身具有较低的塑韧性。焊缝中裂纹的形成原因主要是界面脆性Fe-Al化合物的连续或集中分布, 降低了材料自身的变形能力。接头的断裂模式属于脆性断裂, 接头的失效主要是由于界面处Fe-Al脆性化合物导致的。
铝钢异种材料 金属化合物 微观组织 裂纹 aluminum/steel dissimilar materials intermetallic compound microstructure crack
1 苏州市职业大学机电工程学院, 江苏 苏州 215104
2 武汉理工大学汽车工程学院, 湖北 武汉 430070
采用光纤激光对铜钢异种金属进行激光焊接, 研究接头中典型焊接缺陷的形成机理。结果表明: 铜钢激光焊接头中的主要焊接缺陷是显微偏析、气孔和凝固裂纹。熔池金属凝固过程中的成分偏析是引起显微偏析和凝固裂纹的主要原因。晶界Cu元素偏析削弱晶粒之间结合力, 导致晶粒自身的塑性变形不能完全抵消焊接过程中的热应力, 造成晶界开裂。而气孔的形成主要与激光焊接过程中匙孔的失稳有关, 小孔失稳引起匙孔内壁坍塌, 导致金属蒸气不能顺利溢出熔池表面。提出交变磁场辅助激光焊接方法抑制焊缝中的缺陷, 获得良好的焊缝成形。
铜钢异种金属 激光焊接 焊接缺陷 交变磁场 焊缝成形 copper and steel dissimilar metals laser welding welding defects alternating magnetic field weld formation
1 苏州市职业大学机电工程学院，江苏 苏州 215104
2 武汉理工大学汽车工程学院，湖北 武汉 430070
采用光纤激光器对2 mm厚GH909合金进行焊接实验，探究了焊缝横截面宏/微观成形、外延生长组织演变和接头典型位置的晶体分布特征。研究结果表明：GH909合金焊缝呈典型的沙漏形，焊缝区晶粒尺寸明显大于母材和热影响区的晶粒尺寸；典型的柱状晶析出在焊缝中部和下部，少量等轴晶在焊缝顶部形成；平面生长的针状晶优先在上部近焊缝区形成，并通过竞争淘汰转变为稳定生长的细长柱状树枝晶，与此同时，中部近缝区发生胞状晶、胞状树枝晶向柱状树枝晶的转变；迁移晶界出现在热影响区，焊缝中靠近熔合线的位置存在外延生长和非外延生长两种生长模式；焊缝中部晶粒呈现为典型的非连续生长特征，晶粒宽度由小变大，但立即被新晶粒代替；焊缝上部晶粒的生长方向一致，呈现聚集特征，连续生长的γ柱状晶最终形成贯穿的巨大晶粒。
激光技术 激光焊接 GH909合金 微观组织 晶体取向
1 苏州市职业大学机电工程学院,江苏 苏州 215104
2 武汉理工大学汽车工程学院,湖北 武汉430070
采用光纤激光对钢/铝异种金属进行激光搭接焊,研究稀土添加层对接头界面过渡区微观组织、元素分布、析出相以及力学性能的影响。结果表明：在激光功率2.0 kW,焊接速度3 m/min,离焦量+2 mm工艺参数下,可以获得宏/微观成形良好的焊接接头。研究还发现,添加层中稀土Y可以有效调控钢/铝界面的冶金反应,促使界面形成Fe23Y6、Al3Y等多种韧性金属化合物。界面层韧性相的析出,一定程度上抑制了钢/铝界面脆性相的生成,有效地改善了接头的力学性能。
激光焊接 镀锌钢/铝合金 微观组织 金属间化合物 力学性能 laser welding galvanized steel/aluminum alloy microstructure intermetallic compounds mechanical properties
重金属污染是土壤环境污染中亟待解决的问题之一, 重金属通过土壤向植物富集, 危及人体健康, 对生态环境产生巨大隐患。 传统的土壤污染监测以化学方法为主, 不仅费时费力且监测范围有限, 而基于植被高光谱技术的土壤重金属监测方法能够快速准确地获取土壤重金属含量, 突破植被屏障, 提高土壤重金属监测效率。 近年来, 国内外许多学者致力于使用盆栽实验定量研究土壤污染物对植物光谱特征影响, 而野外环境下的实验研究相对缺少, 因此建立合适准确的野外土壤重金属预测模型具有重要意义, 为改善耕地土壤质量提供参考。 以北京市优势经济果树桃树为研究对象, 在研究区均匀设置了50个采样点, 利用FieldSpec 4便携式地物波谱仪测量桃树叶片光谱数据, 同时采集土壤样本带回实验室检测分析获得土壤重金属含量数据。 通过分析不同污染下桃树叶片在重金属胁迫下的叶片光谱特征, 计算不同土壤重金属与叶片光谱之间的相关关系, 确定土壤As元素与光谱反射率相关性更大, 因此选择土壤As元素计算其与不同植被指数之间的相关系数, 并用合适的植被指数构建土壤As元素预测模型。 结果表明: 污染区桃叶光谱反射率总体上比背景区的光谱反射率更高, 其中760~1 300 nm波长范围内对土壤重金属更加敏感, 土壤重金属对叶片红、 蓝、 黄边位置干扰不明显, 对红、 蓝、 黄边斜率敏感, 且均呈正向相关性。 光谱反射率与土壤Cr, Cu和Hg元素相关性较弱, 与As, Pb和Cd元素在某些波段范围内达到0.1级显著相关, 且总体相关曲线趋势相同, 相关性大小依次排序为As>Pb>Cd。 以相关性更强的土壤As元素与植被指数进行相关分析表明, 土壤As元素与PRI1和PRI3均显著相关。 使用SPSS数据分析软件以PRI1和PRI3为自变量, 土壤As元素为因变量分别进行回归分析, 检测结果发现, PRI3的指数预测模型(y=e43.644x-39.386, R2=0.937, RMSE=0.161)效果最好且具有更好的稳定性。
桃树叶片 光谱特征 土壤As元素 植被指数 回归模型 预测 Peach tree leaves Spectral characteristics Element As in soil Vegetation index Regression model Prediction 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2866
华中科技大学材料成型及模具技术国家重点实验室, 湖北 武汉 430074
采用光纤激光对2 mm厚T2紫铜板和SUS304不锈钢板进行焊接, 研究了激光偏角、离焦量以及焊接速度对焊缝成形的影响规律。结果表明, 激光偏角为正,离焦量为正以及合适的焊接速度下可以获得焊缝成形良好的接头。研究还发现, 在熔池的流动搅拌作用下, Fe元素呈杂乱状卷入焊缝中, 弥散分布或聚集呈块状或条状分布在焊缝中, 铜和钢导热系数的巨大差异导致焊缝两侧的成形过程不同。
激光技术 焊缝成形 laser technique T2 T2 SUS304 SUS304 weld profile
华中科技大学材料科学与工程学院, 湖北 武汉 430074
针对轻量化发展中铝合金焊前表面清理的工艺需求, 研究了铝合金板材光纤激光清洗机理。通过分析激光空间与能量分布参数, 确定激光清洗中需要的激光密排方式。在此基础上, 进行激光清洗工艺实验, 得到了激光参量对表面状态的影响规律, 探究并优化了氧化膜剥离工艺, 并提出铝合金表层氧化膜可能的两种剥离机制。通过对优化后的清洗参数进行焊接评估, 发现激光清洗可以改善焊缝成形, 显著提升接头力学性能, 验证了光纤激光清洗改善铝合金接头质量的可行性, 有助于高强度铝合金接头在制造业领域的大面积推广。
激光制造 激光清洗 铝合金 剥离机制 激光焊接 质量评估 中国激光
2017, 44(12): 1202005
华中科技大学材料科学与工程学院, 湖北 武汉 430074
采用波长为1 080 nm的光纤激光, 对厚度为0.3 mm的304不锈钢超薄板进行连续激光搭接焊。在6 m/min, 0离焦下, 600 W可以焊透; 超薄板焊接速度可以达到10 m/min以上而不会产生驼峰等缺陷。同时, 进行了焊缝显微组织的研究。当热输入量较小时, 冷却速度较大, 焊缝为全奥氏体; 当热输入量变大后, 焊缝中会夹杂有少量的铁素体。焊缝组织表现为一种“斑块”块状组织, 柱状晶不明显, 柱状晶由不规则的“斑块”状组织代替, “斑块”由焊缝边缘向中间生长并在焊缝中心交汇, 焊缝中心并无等轴晶的形成。区域硬度由高到低依次为母材、热影响区、焊缝, 且热影响区为应力薄弱区。扫描电镜显示拉伸断口形貌为韧性断裂, 接头抗拉强度为620 MPa。
激光焊接 超薄板焊接 304不锈钢 显微组织 力学性能 laser welding ultra-thin sheet welding SUS304 microstructure mechanical property
1 西南科技大学理学院, 四川 绵阳 621010
2 西南科技大学计算机科学与技术学院, 四川 绵阳 621010
利用ANSYS软件建立了光组件有限元简化模型，以高斯热源为热源模型，采用非线性瞬态分析完全法对焊缝的温度场分布进行数值模拟，获得在不同激光输出功率和激光光斑半径下焊斑大小和深度的变化规律。结果表明，周期较短的脉冲波形能够有效改善焊接质量；焊斑熔深和宽度随激光输出功率的增大而增大，随激光光斑半径的增大而减小；数值仿真效果与焊缝实际焊接效果基本吻合，验证了光组件有限元模型的适用性，为在不同激光焊接工艺条件下预测和提高光组件焊接质量提供了有效的实验依据。
激光技术 激光焊接 光组件 温度场 激光与光电子学进展
2016, 53(8): 081403
1 北京林业大学, 北京 100083
2 国家测绘地理信息局第一航测遥感院, 陕西 西安 710054
3 国家测绘地理信息局第一地理信息制图院, 陕西 西安 710054
在分析现存点云处理方法的特性后,通过改进三角网构网算法的算法机制,提出了一种基于空间分割的分块优先级机制的三角网表面重建算法,用于重构树冠表面,实现树冠体积的准确提取.通过可视化方法对比了多种算法的点云构网效果,以实验区选定的30棵树为研究对象,利用T-LiDAR获取树冠点云数据,通过人工方法、传统算法和本文的改进算法计算树冠体积,对这些结果进行了对比分析.分析发现: 四种方法之间均显示出较好的相关性(R2>=0.831), 其中所提出的改进Delaunay方法拥有理想的精度,较好稳定性和最少的耗费时间.实验结果表明,提出的算法在点云(尤其是T-LiDAR数据)树冠的体积提取中具有很大的优势.结合T-LiDAR数据还可以实现树冠表面积和生物量等树冠因子的高精度快速提取.
树冠体积 三角网 点云数据 crown volume terrestrial LiDAR T-LiDAR triangular irregular net point-cloud data
