1 中南大学轨道交通安全教育部重点实验室，湖南 长沙 410075
2 中南大学交通运输工程学院，湖南 长沙 410075
3 中南大学粉末冶金国家重点实验室，湖南 长沙 410083
激光选区熔化（SLM）过程工艺参数会直接影响熔道成形形貌及微观结构，从而影响成形结构的力学性能。针对AlSi10Mg合金在SLM成形过程中产生的缺陷，笔者采用试验方法研究了激光功率、扫描速度等成形参数对AlSi10Mg合金单、双熔道成形形貌的影响，并结合离散元-流体体积（DEM-VOF）法建立了介观尺度下SLM成形过程粉末床数值模拟模型，对低功率下熔道成形缺陷的成因进行研究。结果发现：激光线能量密度不足（线能量密度低于200 J/m）以及AlSi10Mg的易氧化性会严重影响熔道的连续性；在低扫描速率（200 mm/s）、高线能量密度（500 J/m）成形窗口下，熔池的连续性及表面平整度因受蒸气反冲压力的作用而降低，同时形成了深度可达100 μm的匙孔，影响了熔道形貌，并产生了孔隙缺陷。由数值模拟结果可知，提高预热温度至500 K可以降低粉末熔化所需的激光线能量密度，从而改善低功率下的熔道不连续现象。
激光技术 激光选区熔化 AlSi10Mg合金 工艺参数 缺陷 数值模拟 中国激光
2024, 51(16): 1602307
西安增材制造国家研究院有限公司，陕西 西安 710065
为了研究激光选区熔化GH3536高温合金成形工艺对成形件内部缺陷类型、尺寸、数量的影响，采用激光选区熔化设备进行样件制备，对其进行抛光态观察和致密度、缺陷数量测试，并分析了合金的缺陷类型、尺寸分布及数量。研究表明：随着工艺参数的改变，能量密度逐渐增加，成形件致密度逐渐增加，并趋于稳定。在79.17~92.59 J/mm3的能量密度范围内，样件内部均匀致密，无缺陷；随着能量密度逐渐增大或者降低，样件内部主要为气孔型缺陷，气孔尺寸<0.1 mm。能量密度≤48.87 J/mm3时，样件内部缺陷主要为未熔合及微裂纹。
激光选区熔化 GH3536高温合金 工艺参数 缺陷 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0514008
1 上海海事大学物流工程学院，上海 201306
2 上海海事大学商船学院，上海 201306
3 上海良时智能科技股份有限公司，上海 201413
海洋腐蚀造成的安全隐患和经济损失是船舶领域一直关注的重点和难点，随着相关法律法规的出台，以及航运业对船舶及其锈蚀部件清洗的改进需求，使得传统除锈方法出现的低效率、低精度、不同程度的基底损坏、化学污染、资源浪费和职业危害等问题更加突出。激光除锈技术是一种非接触式的绿色除锈方法，具有高效率、低成本、可实现自动化等优点，近年来已成为船舶领域的热门研究方向。介绍了激光除锈技术的国内外研究现状，对典型的激光除锈方法和机理进行了说明，阐述了工艺参数对船用钢激光除锈时的影响、激光除锈与其他相关技术的结合应用等，展望了激光除锈技术在船舶领域实施较大规模应用的发展前景，为未来激光除锈技术在船舶领域的应用提供了一定的参考。
激光除锈 工艺参数 除锈机理 船舶领域 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0500006
北京工业大学材料与制造学部智能光子制造研究中心，北京 100124
设备器件精密化、微型化是工业发展的重要趋势。在航空航天、动力电池、消费电子、生物医疗等应用领域中，零部件的日益微型化对微加工工艺提出了更高的要求。金属材料微焊接是微加工领域的重要需求之一，而激光具有能量密度高、热输入精确可控、焊接变形小等特点，是金属材料微焊接的重要技术手段。对金属材料激光微焊接技术展开了探讨，明确了其内涵，阐明了微尺度效应的影响，并总结了激光微焊接常见的缺陷及其质量控制方法，介绍了同种金属材料和异种金属材料激光微焊接的重要应用前景。最后，指出了金属材料激光微焊接技术存在的问题，并展望了未来的发展方向。
激光技术 金属箔材 激光微焊接 尺度效应 工艺参数 应用
1 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室，江西 南昌 330063
2 中国航空研究院研究生院，江苏 扬州 225003
主要研究了激光熔覆Ti60合金的工艺参数对成形质量的影响，以及微观组织特征和拉伸性能。结果表明，激光熔覆Ti60合金试样的底部和顶部区域为β等轴晶粒，中部区域为β柱状晶，且尺寸随着激光功率的增加而增大。显微组织主要由板条α相和板间β相构成，且板条α相中有大量白色析出相产生，随着激光功率的增加，微观组织由网篮组织转变为魏氏组织。块体试样的显微硬度分布较为均匀，其硬度值在420~440 HV范围内波动。激光熔覆Ti60合金的室温抗拉强度为1128 MPa，断后延伸率和断面收缩率分别为8.8%和14.4%。当温度为300 ℃和600 ℃时，抗拉强度分别为932 MPa和739 MPa，在600 ℃时，断后延伸率和断面收缩率分别为11.7%和18.2%。激光熔覆Ti60合金试样在室温下的断裂方式为准解理断裂，高温下其断裂方式为韧性断裂。
激光技术 Ti60高温钛合金 激光熔覆 工艺参数优化 微观组织 拉伸性能 中国激光
2024, 51(12): 1202202
1 上海航天设备制造总厂有限公司, 上海 200245
2 东南大学, 江苏 南京 210096
3 上海复杂金属构件增材制造工程技术研究中心, 上海 200245
4 上海公共交通卡股份有限公司, 上海 200002
5 洋
铝合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性好等特点, 很好地满足航天飞行器轻量化需求。激光选区熔化技术(SLM)成形的铝合金零件综合性能良好, 在航天领域应用广泛, 但存在成形过程中缺陷不好控制、成形件表面质量较差、后处理工序烦琐等问题。为此, 选取AlSi10Mg铝合金, 针对SLM成形AlSi10Mg铝合金缺陷消除进行实体工艺优化研究, 获得缺陷最少的优化工艺参数, 并进一步研究表面粗糙度优化方法。结果表明, 通过优化工艺参数(主要包括扫描功率、扫描速度、扫描间距), 可以获得较低的孔隙率(9.2%)和较优的内部成形质量; 成形件表面质量主要影响因素有表皮扫描功率、扫描速度、扫描间距等, 适当提高扫描功率可以获得较好的表面质量。
激光选区熔化 铝合金 工艺参数 成形缺陷 表面粗糙度 laser selective melting aluminium alloy process parameter forming defect surface roughness
1 湖南科技大学 难加工材料高效精密加工湖南省重点实验室,湘潭 411201
2 湖南科技大学 机电工程学院,湘潭 411201
3 上汽大众汽车有限公司长沙分公司,长沙 410000
激光增材制造过程的工艺参数直接影响成型件的成形质量及性能,对工艺参数的优化是实现成形质量调控的最有效方法。建立准确、高精度的工艺参数与成形质量之间的模型,对于成形质量的预测及工艺参数的优选极其重要。对激光增材制造工艺参数优化建模的方法进行了总结和综述,且对工艺系统开发进行了现状分析,论述了工艺优化建模方法的原理以及优缺点,最后对激光增材制造工艺优化建模研究前景进行了展望。
激光技术 优化建模 工艺参数 工艺系统 增材制造 laser technique optimization model process parameters process system additive manufacturing
1 五邑大学 智能制造学部, 江门529020
2 五邑大学 应用物理与材料学院, 江门 529020
3 香港科技大学 机械及航空航天系, 香港 999077
为了研究工艺参数对激光选区熔化技术成形的CuCrZr合金微流道表面粗糙度的影响, 采用正交试验法制备了具有微流道的CuCrZr合金试样; 利用3维形貌仪和扫描电子显微镜测试样件内表面的粗糙度和微观形貌, 分析了激光功率、扫描速率、填充距离对微流道悬垂面及侧表面的粗糙度的影响规律和内在机制。结果表明, 扫描速率对于悬垂面和侧表面的粗糙度影响最大, 悬垂面受熔池自身质量影响而出现“挂渣”现象, 而侧表面粗糙度则受马兰戈尼效应的影响较大; 经过优化, 在激光功率380 W、扫描速率520 mm/s、扫描间距0.12 mm的工艺参数下, 可加工获得具有最小侧表面粗糙度（16.91 μm）的微流道样件; 在激光功率320 W、扫描速率560 mm/s、填充距离0.14 mm的工艺参数下, 可加工获得具有悬垂面最小粗糙度（24.86 μm）的微流道样件。该研究从激光工艺窗口的角度为激光选区熔化技术成形表面精度提供了依据。
激光技术 表面粗糙度 工艺参数 铜铬锆合金 laser technique surface roughness process parameter CuCrZr alloy
1 浙江工业大学激光先进制造研究院，浙江 杭州 310014
2 浙江工业大学机械工程学院，浙江 杭州 310014
3 高端激光制造装备省部共建协同创新中心，浙江 杭州 310014
4 奔腾激光（浙江）股份有限公司，浙江 温州 325000
为探究厚板激光切割过程中工艺参数对切割断面质量的影响，使用奔腾激光自主研发的30000 W超高功率光纤激光切割机对40 mm厚304不锈钢进行四因素、五水平正交试验，分析残差结果，得到各工艺参数对切割断面指标（上下切缝宽度、垂直度以及上部、中部、下部板材粗糙度值）的影响规律。结果表明：上下表面切缝宽度影响主次为离焦量、辅助气压、激光功率、切割速度；垂直度影响主次为切割速度、离焦量、激光功率、辅助气压；粗糙度影响主次为激光功率、离焦量、辅助气压、切割速度。残差分析结果表明，超高功率激光切割40 mm厚304不锈钢优化工艺参数如下：激光功率为20000 W、切割速度为200 mm/min、辅助气压为18 bar、离焦量为+11 mm。
超高功率 厚板 正交试验 工艺参数 断面质量 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2314007
