作者单位
摘要
杭州电子科技大学通信工程学院,浙江 杭州 310018
研究了高重复频率的谐波自锁模Nd∶YVO4激光器。理论证明了当增益介质与谐振腔的光学长度的比值接近最简分数时,激光器的纵模模式间距可以被修改为增益介质自由光谱范围的整数倍,并对应谐波锁模脉冲输出。开展了相关实验,结果表明,当泵浦功率为6.57 W,增益介质和谐振腔的光学长度分别为11.0 mm和25.8 mm时,对应最简分数为3/7,获得了3倍增益介质自由光谱范围的模式间距纵模分布,对应谐波锁模脉冲的重复频率为40.92 GHz,平均输出功率为790.7 mW。实验还发现,当固定增益介质的光学长度时,获得的谐波锁模脉冲输出对应的谐振腔腔长存在锁定范围,进一步验证了谐振腔腔长锁定范围与增益介质的光学长度成正比。
激光器 激光技术 Nd∶YVO4晶体 高重复频率 谐波锁模 
中国激光
2024, 51(7): 0701018
杨雪 1,2杨成娟 1,2,*佟浩 3,4戚慧敏 1,2[ ... ]杨振 1,2
作者单位
摘要
1 天津大学机械工程学院,天津 300072
2 天津大学机械工程学院机构理论与装备设计教育部重点实验室,天津 300072
3 清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室,北京 100084
4 清华大学精密/超精密制造装备与控制北京市重点实验室,北京 100084
激光电解复合加工是将激光加工与电化学加工相结合的复合加工方法,可用于加工硬质导电材料,具有加快电化学溶解速率、避免重铸层和提高表面质量等优势。笔者提出了一种管电极耦合激光电解复合加工工艺,利用设计的管电极实现了激光能量与电化学能量在管电极内部的同轴传导以及在加工间隙处的可控耦合,所提工艺适用于高品质超大深径比小孔的加工。基于激光与电化学能量在加工间隙处的可控调节,提出了以激光加工为主导和以电化学加工为主导的耦合作用机制。通过分析激光辐照区温升对电解质电导率、电流密度、液相传质和电化学溶解速率的影响,以及电解产生的气泡和杂质等对激光能量的影响,建立了激光电解复合加工的材料去除模型,并进行了初步的激光电解复合加工仿真分析与实验研究。
激光技术 电解加工 理论模型 耦合机制 高深径比 深孔 
中国激光
2024, 51(16): 1602402
向超 1,2,*张涛 1吴文伟 3邹志航 1[ ... ]韩恩厚 1,4,**
作者单位
摘要
1 广东腐蚀科学与技术创新研究院,广东 广州 510530
2 中国科学院金属研究所,辽宁 沈阳 110016
3 广州大学物理与材料科学学院,广东 广州 510006
4 华南理工大学材料科学与工程学院,广东 广州 510641
使用电子万能材料试验机对不同热处理后的18Ni300马氏体时效钢进行拉伸试验,并通过X射线衍射(XRD)分析了不同热处理后马氏体及奥氏体的含量,研究了18Ni300钢在不同热处理过程中的组织演变、力学性能以及二者的关系,对比了其在不同热处理后的综合力学性能,从而筛选出了最佳热处理工艺。结果表明,热处理后试样的熔道逐渐消失,马氏体组织特征更加明显,硬度从34.1 HRC上升到52~54 HRC,抗拉强度从1174 MPa上升到2000 MPa以上。490 ℃直接时效6 h后实现了较好的强韧组合,这与组织内生成的强韧化相(逆转奥氏体)的含量密切相关。XRD测试结果表明,490 ℃直接时效后,试样内部具有最高的逆转奥氏体含量(体积分数约为6.9%),这些细小的逆转奥氏体分布在马氏体边界和内部,在一定程度上改善了18Ni300钢的韧性。
激光技术 激光选区熔化 18Ni300马氏体时效钢 逆转奥氏体 热处理 拉伸性能 
中国激光
2024, 51(16): 1602302
作者单位
摘要
1 中国矿业大学机电工程学院,江苏 徐州 221116
2 江苏省矿山智能采掘装备协同创新中心,江苏 徐州 221116
为了研究原位重熔对倾斜基体激光熔覆层形貌和组织的影响,首先使用有限元仿真软件对倾斜基体激光熔覆及其原位重熔过程进行数值模拟,分析基体倾斜角度对熔覆层形貌的影响,研究重熔作用下熔池速度场和温度场的分布情况以及多道熔覆层宏观形貌的变化;然后进行倾斜基体熔覆层原位重熔试验,采用光学显微镜对重熔前后熔覆层的表面形貌进行分析,采用维氏硬度计、摩擦磨损试验机及三维轮廓仪等对重熔前后熔覆层的力学性能进行研究,进而研究原位重熔作用下熔覆层微观组织的变化。结果表明:熔覆层形貌主要受重力影响,当基体倾斜角度大于90°时,熔覆层溶质会发生滴落,极大地损伤熔覆层形貌;在熔覆道搭接区进行原位重熔对熔覆层平整度的提升作用最大,重熔后的表面不平整度由0.165降低到0.056;与重熔前相比,重熔后的表面粗糙度下降了69.5%,表面硬度提升了约70 HV,磨损率降低了76.3%;重熔后,熔覆层中上部的大量树枝晶转变为等轴晶,微观组织得到了明显细化。
激光技术 原位重熔 倾斜基体 激光熔覆形貌 微观组织 数值模拟 
中国激光
2024, 51(16): 1602203
罗子祺 1王长雨 1王钊 1林福兵 1[ ... ]罗开玉 1,2,**
作者单位
摘要
1 江苏大学机械工程学院,江苏 镇江 212013
2 重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆 400044
激光定向能量沉积(LDED)是受损大型关键构件几何特征修复和性能强化的典型修复技术,但其目前仍面临残余应力、孔洞和裂纹等问题。激光冲击强化(LSP)为解决以上问题提供了新思路。笔者以H13钢粉作为待沉积粉末,采用LDED技术对受损的45钢基体进行修复;然后利用LSP后处理强化LDED修复层,以解决传统LDED修复材料的质量问题。结果表明:随着LDED激光功率增大,H13钢修复层的晶粒逐渐细化,渗碳体溶解,耐磨性提升;LSP后处理会使修复层近表层的晶粒明显细化,显著降低LDED修复试样的摩擦因数,进一步提升其耐磨性。最后,笔者系统揭示了LDED+LSP激光复合再制造工艺诱导的微观组织演化(晶粒细化和渗碳体溶解)及其增强修复层耐磨性的机制。
激光技术 激光定向能量沉积 激光冲击强化 激光复合再制造 微观组织 耐磨性 
中国激光
2024, 51(16): 1602202
姚曙光 1,2,*董云辉 1,2,**李湘龙 3谢旻翰 1,2
作者单位
摘要
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
张鹏 1,2张少明 1,*毕中南 2谈震 3[ ... ]王睿 2
作者单位
摘要
1 钢铁研究总院有限公司,北京 100081
2 北京钢研高纳科技股份有限公司,北京 100081
3 北京工业大学材料与制造学部,北京 100124
激光粉末床熔融(LPBF)技术具有成形精度高、表面粗糙度低、成形件性能优异等特点,是目前金属增材制造领域中应用最广泛的一种成形技术。其中,铺粉过程作为LPBF技术的关键环节,粉末床铺粉质量对铺粉致密度及成形件性能具有重要影响,基于此,本文综述了LPBF技术中铺粉致密度的影响因素。首先,总结了粉末床铺粉质量的表征评价方法,如图像分析法、X射线原位监测法和取样器法等。在此基础上,从粉末特征和铺粉工艺出发,分别阐述了粉末粒度、粉末形貌、粉末制备方法、粉末再循环及铺粉工艺参数对粉末床铺粉致密度的影响规律。其中,粉末的粒度分布和形貌是影响铺粉致密度关键因素,较宽的单峰分布和粗细颗粒混合的双峰分布有利于提高粉末堆积密度。粉末的形貌越接近球形,粉末流动性越好,越有利于提升粉末铺展性和铺粉均匀性。粉末堆积密度和铺粉均匀性共同作用将提升粉末床铺粉致密度和成形样品的致密度。铺粉工艺条件的变化可以影响粉末床的铺粉质量及密度,其中控制合理的铺粉速度、选用滚筒类型的刮刀和增大基体的粗糙度将进一步提升粉末床的铺粉致密度。最后,本文对进一步提升粉床的铺粉致密度的方法和技术进行了展望。
激光技术 激光粉末床熔融 铺粉致密度 粉末粒度 粉末形貌 离散元模拟 成形缺陷 
激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0514009
作者单位
摘要
哈尔滨工业大学可调谐(气体)激光技术国家级重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150080
在激光冲击强化(LSP)技术中,作为冲击载荷的驱动源头和能量来源,激光脉冲参数的不同选取决定着激光吸收机制取向、能量沉积程度乃至等离子爆炸行为规律的差异,进而对冲击载荷形态特征和材料表面强化效果产生重要的决定作用。本文对目前LSP技术中涉及的各类激光参数在激光驱动冲击效应中的作用机理、影响规律,以及在工艺配给上的研究和认知现状进行了综述。针对激光时域结构在决定等离子体膨爆行为和冲击载荷特征中的重要性,以及目前LSP普遍采用调Q激光器高斯时间波形的技术现状展开评述,并指出通过优化激光脉冲时域结构来提升光能向机械能的转换效率,或通过调节激光时域参数来实现精准操控冲击载荷特征具有可能性。
激光技术 激光冲击强化 表面处理 激光诱导冲击波 激光时域结构 
激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0500004
赵爽 1杜超 1,3,*王秋雨 1贾斌 1[ ... ]邓霄 1,2,**
作者单位
摘要
1 太原理工大学物理与光电工程学院,山西 太原 030024
2 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部和山西省重点实验室,山西 太原 030024
3 山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
为了探索一种高灵敏折射率传感器,基于CO2激光技术制备出双峰谐振长周期光纤光栅(LPFG)。首先,利用CO2激光器在腐蚀包层后的传统单模光纤和80 μm弯曲不敏感光纤上制备出周期分别为196 μm和73 μm的双峰谐振LPFG,证明了采用CO2激光微加工技术在单模光纤上制备短周期LPFG的可能性。其次,利用CO2激光器直接在2种80 μm单模光纤上制备出周期分别为110 μm和115 μm的双峰谐振LPFG。实验结果表明:在2种80 μm单模光纤上制备的LPFG具有谐振损耗大,插入损耗小和折射率灵敏度高等优点。基于以上优点,采用CO2激光技术制备的双峰谐振LPFG在生物、化学及环境参数检测等重要领域的应用具有较大潜力。同时,也提供了一种操作简单、低成本制备双峰谐振LPFG的方法。
光纤光学 长周期光纤光栅 双峰谐振 CO2激光技术 折射率 
激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0506009
作者单位
摘要
西南交通大学材料科学与工程学院材料先进技术教育部重点实验室,四川 成都 610031
界面金属间化合物的厚度和种类是影响铝/钢异种材料激光熔钎焊接头性能的关键。研究了不同摆动参数下接头金属间化合物(IMCs)的厚度和种类,并进一步分析了不同摆动参数下接头的拉伸性能及断口形貌。结果表明,摆动激光可以改善铝/钢异种材料激光熔钎焊接头界面金属间化合物的厚度和相组成。未加摆动激光时,在界面形成了厚度约为8.45 μm的两层IMCs,焊缝侧IMCs为τ5-(Fe,Ni)1.8Al7.2Si,钢侧IMCs为θ-(Fe,Ni)(Al,Si)3。当激光摆动直径为2 mm、频率为30 Hz时,IMCs的分布更加连续均匀,厚度约为2.21 μm,界面层组织为τ5-(Fe,Ni)1.8Al7.2Si,最优接头线载荷为289.1 N/mm,比未加摆动激光时的接头线载荷提高了约33.9%。
激光技术 铝/钢激光熔钎焊 摆动激光 金属间化合物 力学性能 
中国激光
2024, 51(12): 1202105

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