粉末利用能力较低是采用粉末材料进行激光熔化沉积时面临的主要问题之一, 如能将未完全熔化沉积的粉末材料进行循环再利用, 则可以大幅度提高该技术的粉末利用能力, 降低生产成本, 提升环境效益。因此, 为明确四喷嘴同轴送粉激光熔化沉积中的粉末循环再利用能力, 本文以薄壁结构件为对象, 分析了不同循环利用次数的316L粉末对薄壁结构件表面粗糙度、微观组织、显微硬度及拉伸强度的影响。结果表明：在循环利用5次范围内, 不同循环利用次数的粉末所加工的薄壁结构沉积层均无明显裂纹、气孔等缺陷, 微观组织由柱状枝晶和等轴枝晶组成, 粉末循环利用次数也未对晶粒大小产生影响; 薄壁结构沉积层的表面粗糙度、拉伸强度及显微硬度也并未因粉末的多次循环利用而发生显著的变化。四喷嘴同轴送粉激光熔化沉积中, 316L粉末可以进行一定程度的循环利用, 在循环5次范围内, 其加工的薄壁结构件的形性质量均未有明显变化。

为提高选区激光熔化成形AlSi10Mg零件力学性能, 文中通过球磨法获得Sc-AlSi10Mg复合粉末, 并研究成形试样的相成分、微观组织、显微硬度、拉伸性能和耐蚀性能。对相同工艺参数下成形的试样进行对比, 0.5%(质量分数)Sc-AlSi10Mg试样显微硬度最高, 由146.89 HV提高到174.88 HV, 增长19.06%。0.1%(质量分数)Sc-AlSi10Mg试样拉伸性能最好, 极限拉伸强度由370.20 MPa提高到420.98 MPa, 提升13.72%; 延伸率由8.96%提高到10.27%, 提升14.62%。Sc-AlSi10Mg试样的耐蚀性能也有所增强。结果表明：添加稀土元素钪能细化选区激光熔化成形AlSi10Mg试样晶粒, 通过细晶强化作用提升性能, 这对其应用在航空航天、汽车等领域具有重要意义。

采用激光选区熔化技术制备TC4钛合金, 发现激光选区熔化制备TC4合金微观组织转变与其热历史密切相关。由于极大的温度梯度, 成形TC4微观组织主要为马氏体α′相, 随着取样高度增加, 微观组织遵循如下演变规律：粗大的板条状马氏体α′相—针状马氏体α′相—细小的Z字形分布马氏体α′相。此外, 根据尺寸和生成次序, 马氏体相α′可进一步细分为初生α′相、二次α′相、三次α′相和四次α′相, 且随着取样高度的增加, 次生相的尺寸减小, 数量减少。次生相的生成和转变主要受热循环的影响, 不同高度处试样经历热循环次数不同, 导致马氏体相的组成和含量差异。

利用激光重熔加工得到非晶相Fe基合金涂层, 对涂层显微组织进行了表征, 并对重熔涂层进行了耐蚀性以抗冲蚀能力进行了表征。研究结果表明：经过重熔处理涂层组织出现了晶化情况, 随着重熔功率的上升, 形成了更加明显的晶化峰。对涂层实施激光重熔处理可以消除大部分的层状组织, 使合金达到更致密的状态。对基底喷涂层实施激光重熔处理会引起硬度的显著减小, 随着激光功率逐渐增大, 重熔Fe-Cr涂层发生了硬度下降的变化趋势。重熔Fe-Cr涂层则表现为硬度逐渐以阶梯形式减小。采用激光重熔工艺可以使涂层形成更致密的涂层, 更好地抵抗90°冲击作用。冲蚀涂层微观形貌中产生了许多裂纹、凹坑并生成了许多犁沟。以90°冲角对涂层进行冲蚀后形成了更加无序的微切削组织形态。

一些激光熔覆修复应用中无法在基体表面呈水平状态、熔覆头呈垂直状态下进行熔覆, 为了研究基体倾斜和熔覆头偏转对同轴送粉激光熔覆层形貌及粉末利用率的影响规律, 进行了基体倾斜和熔覆头偏转的激光熔覆实验, 分析、比较了基体倾斜和熔覆头偏转对覆层高度及粉末利用率的影响。结果表明：基体倾斜与熔覆头偏转能获得表面平整、内部无缺陷的熔覆层, 但粉末利用率降低; 熔覆头保持垂直状态, 基体倾角小于30°时, 粉末利用率降低不大, 倾角为30°时的粉末利用率下降10%; 基体呈水平状态时, 熔覆头偏转较小的角度即引起粉末利用率大幅降低, 偏转30°时的粉末利用率下降80%。熔覆头偏转时粉末流束中心受重力的影响而偏离熔覆头轴线, 导致熔覆头偏转比基体倾斜的粉末利用率更低, 激光熔覆修复中应尽可能减少熔覆头偏转以提高粉末利用率和熔覆效率。

本文采用激光选区熔化技术(SLM, selective laser melting)制备了0Cr18Ni9不锈钢,通过扫描电子显微镜比较了不同工艺参数下的组织, 同时测试了试样致密度。结果表明, 0Cr18Ni9不锈钢较优工艺参数为激光功率285 W, 扫描速度960 mm/s。微观组织主要由细柱状晶组成, 组织沿多方向凝固, 但大多数都在高度方向上生长。在较优的工艺参数下, 成形的0Cr18Ni9不锈钢的平均缺口拉伸性能为883 MPa, 断口低倍呈纤维状, 高倍呈蜂窝状, 为典型的韧窝形貌, 与成形件良好的缺口拉伸强度相符。

为了提高矿用液压支架立柱修复表面的硬度与耐磨性, 利用激光熔覆技术在液压支架立柱母材27SiMn钢表面进行了不同激光扫描速度下的单道激光熔覆铁基合金实验, 对比分析不同扫描速度下的单道熔覆层宏观形貌; 随后在不同扫描速度下进行多层累加激光熔覆铁基合金实验, 分析不同扫描速度下27SiMn钢基体和铁基合金熔覆层的微观组织形貌、显微硬度和力学性能; 进行耐磨性能实验, 研究不同滑动速度和载荷对熔覆层耐磨性的影响。结果表明, 熔覆层和基体之间能实现良好的冶金结合, 熔覆层组织中呈现出了具有典型定向凝固特征的柱状晶; 熔覆层的显微硬度、抗拉强度及耐磨性均高于基体。

激光钎焊已广泛应用在长安福特全系车型车顶与侧围的连接工艺上。但由于制造过程的复杂性以及众多的影响因素, 为了满足质量要求, 稳定正常生产, 以激光钎焊一次合格率FTT(First Time Through)为评价指标, 激光功率P, 焊接速度V, 光束倾角θ为试验参数, 采用响应曲面法(RSM)试验设计, 建立评价指标与试验参数之间的回归模型, 并运用目标优化的方法对模型进行优化。结果表明, 试验因素组合, 焊接速度3.5 m/min, 激光功率3 000 W, 光束倾角10°时可获得最高的一次合格率。研究为全新车型投产提供工艺调试和质量优化的依据。

对5 mm厚T91马氏体耐热钢板激光填丝焊工艺进行研究, 分析了热输入对焊缝成型、微观组织、内部气孔数量的影响规律, 并对最佳参数焊缝的力学性能进行了检测。结果表明, 采用同质焊丝焊接T91钢, 焊后对焊缝进行热处理, 随着热输入的增加, 焊缝宽度变大, 焊缝内部气孔数量减少, 晶粒度变化不明显, 焊缝区与热影响区组织均为回火马氏体; 采用功率5 600W、速度1.2 m/min、送丝速度1.2 m/min的参数焊接可获得内部基本无气孔的焊缝, 焊缝显微硬度300 HV, 抗拉强度697 MPa, 断裂在母材, 180°正弯与背弯曲均未出现裂纹, 20/0/-20℃下冲击性能均高于母材。

以TC4钛合金激光焊接头作为研究对象, 对焊接接头进行多次热处理, 分析原始焊接态和多次热处理后接头的微观组织和力学性能。研究结果表明, 原始焊接态焊缝区主要形成“网篮状”马氏体组织, 热影响区组织出现球化特征, 轧制拉长α相长度减小。多次热处理后, 焊缝区、热影响区和母材区的显微组织没有明显的差异; 焊缝区力学性能较为优异, 抗拉强度达到Rm为1 100 MPa以上, 断面收缩率A为10.9%, 多次热处理后力学性能保持与焊接态相当的水平。

利用光纤激光器对尼龙-66(PA66)和冷轧碳素钢薄板(SPCC)进行了异种材料的激光搭接焊接实验。实验结果表明, 当离焦量(Δf)为-20 mm时, 选取激光功率为210~490 W且焊接速度为4~7 mm/s范围内时, PA66与SPCC可以形成有效连接。样品的剪切强度与结合面积成正比, 当工艺参数为Δf=-20 mm, P=290 W, v=5 mm/s, 接头的结合面积为574.2 mm2, 剪切强度为13.85 MPa。分析了激光工艺参数对接头宏观形貌的影响和热输入对接头结合面积以及力学性能的影响。最后通过对接头显微结构的研究, 讨论热输入对接头连接缺陷的影响。

本文以10Ni5CrMoV高强钢为研究对象, 深入研究并分析了真空激光焊接焊缝成形尺寸测量及等离子体特征。结果表明, 随着环境压力降低, 熔宽减小, 焊缝熔深增大; 不会直接影响激光焊缝组织, 其组织构成为板条马氏体, 热影响区碳化物析出现象显著, 接头硬度随环境压力降低略有下降。对于负压环境来说, 想要得到大熔深焊缝, 可以将激光焊接10Ni5CrMoV钢得以实现, 以此来显著提高激光的利用率和焊接效率等, 同时也不会较大的改变焊接接头力学性能。等离子体电荷迁移扩散过程属于一个动态过程, 激光焊接等离子体电荷电压演变主要包括三个阶段, 分别为激发阶段、维持阶段和衰减阶段。激光焊接等离子体电荷电压和电子温度为正相关, 激光焊接等离子体电子温度单周期温度范围在2 005~5 505 K间, 且其电荷电压波形变化和电子温度波形变化趋势一致。

为了提高焊接作业的效率和焊接产品的质量, 减轻焊工工作强度以及改善恶劣的工作环境, 通过焊缝跟踪技术, 将相机采集到的焊缝图像传入计算机进行实时图像处理。提出一种区域生长的方法得到焊缝区域, 通过这种方法可以准确地提取出感兴趣的部分, 便于后续的图像处理。首先通过对相机采集的焊缝图像进行阈值化, 生成种子区域和候选区域, 将这两个区域合并生成待扩散区域, 再通过区域生长算法生成掩膜图像, 与原始图像相乘可得到只含焊缝区域的图像。最后进行边缘检测, 通过扫描白点像素和最小二乘法拟合直线的方法得到了带有边缘直线和中心线的焊缝图像。同时设计了焊缝实时处理系统, 可以快速地处理一批类似图像, 并且提取出焊缝的宽度、角度以及位置方便焊接的实时跟踪定位。最后对于图像处理算法的精度进行了验证实验, 发现处理精度较高。

基于6 mm厚TC4钛合金扫描振镜激光-TIG复合焊接试验, 着重研究了焊接电流、送丝速度、多参数协同作用对复合焊缝成形的影响。结果表明, 在复合焊接过程中, 焊接电流对焊缝熔宽的影响较大, 激光功率对焊缝熔深的影响较大, 送丝速度同时对焊缝余高和熔深产生较大的影响。此外, 只有当焊接电流达到一定阈值时, 焊缝表面没有明显的焊接飞溅, 且该阈值与激光焊接热输入呈反相关。因此, 若想获得良好的复合焊接质量, 应控制合理的送丝速度并与复合焊接的整体热输入相匹配。

采用脉冲激光器实现了TC4钛合金/6082铝合金的焊接, 并用有限元分析软件对接头温度分布及界面处热循环进行了数值计算。根据激光焊接小孔效应的特点以及钛合金与铝合金间热物理学性质的差异, 并以熔化焊熔池形成过程及异种金属液态界面间的相互作用形式为依据, 建立了熔池金属流动模型, 阐述了钛/铝异种金属焊接过程中液态金属的流动特点, 解释了界面的形成过程与机理, 分析了接头在不同热输入条件下的断裂模式。试验结果表明：在钛/铝激光焊接过程中, 熔池内复杂的液流及多种影响因素使得反应界面呈不规则形态, 同时也影响了脆性金属间化合物TiAl、TiAl2和TiAl3的分布。在不同的热输入条件下, 反应界面形态与脆性金属间化合物的分布会发生改变, 接头的断裂模式也会有所不同, 接头的抗拉强度会随热输入的增大而降低。

本文研究了激光焊接参数电流、电压对焊缝成形以及等离子体的电子温度的影响, 建立了焊接参数电流、电压与焊缝熔深和熔宽的关系, 探究了激光焊接等离子体的电子温度与焊接质量及焊接过程稳定性的关系。研究结果表明, 等离子体的电子温度随着焊接电压和焊接电流的增大而增大, 焊接电流与等离子体的电子温度间呈一定的二次函数关系, 焊接电压与等离体子的电子温度基本呈线性关系; 焊接电流与成形的焊缝的熔深和熔宽有一定的线性关系, 熔深和熔宽均随着焊接电流的增大而增加; 焊接过程中等离子体电子温度的波动情况可以反映焊接过程的稳定性, 当焊接过程不稳定时, 等离子体的电子温度也随之发生波动。

针对硅钢片的激光切割质量进行研究。基于回归正交设计理论, 建立正交方程旨于快速找出最佳工艺参数以缩短生产加工时间。采用回归正交设计将实验结果与工艺参数建立数学方程。通过方差分析得出重要的影响因素从而进一步优化方程, 该方程的理论计算结果与实际结果误差在1%左右, 但方程要在指定的工艺参数范围内使用才具有精确的结果。通过MATLAB对方程进行三维拟合, 结果表明方程能够得出极值, 进一步证明回归正交方程对激光切割硅钢片具有一定的预测作用。

利用紫外皮秒激光器脉冲串模式对单晶硅材料进行切割测试研究, 分析了不同子脉冲数量情况下单脉冲能量变化对热影响区大小、表面形貌效果、切缝宽度以及切割深度的影响。研究结果表明, 脉冲串模式可以有效地降低热影响区, 减少重熔层的产生。随着单脉冲能量的增加, 脉冲串相比于单脉冲模式产生的热影区差值逐步增大, 由增加脉冲串子脉冲数量而导致的热影响区减小效应愈加明显。当脉冲串中子脉冲数量为3或者5, 脉冲能量为8 μJ时产生的热影响区和表面形貌效果与单脉冲模式下脉冲能量为2 μJ的效果基本一致, 并且切割深度是单脉冲模式切割深度的2倍。

针对传统GS算法在计算阵列多光束全息图时, 光束均匀性往往只能达到70%左右, 达不到激光并行微加工领域需求的问题, 提出并实现了基于实时图像反馈的GS改进算法。本文分析了计算傅里叶全息图原理并介绍了GS反馈算法, 将该算法产生的阵列光束图样的相位全息图加载到纯相位液晶空间光调制器上, 在远场成功地再现了期望图样, 且光束均匀性均在91%以上, 证明了算法的有效性。该算法实现了任意尤其是阵列位置多光束的高均匀性, 在并行微加工领域有重要意义。

脉冲激光烧蚀青铜过程中, 青铜吸收激光能量形成等离子体, 等离子体会膨胀离开材料表面。依据等离子体膨胀物理过程, 采用泊松分布, 建立等离子体膨胀空间浓度分布方程、膨胀压力方程与动力学模型。应用模型数值分析了脉冲激光烧蚀青铜金刚石砂轮等离子体膨胀特性, 得到等离子体膨胀尺度值在X、Y与Z方向约为4.2×10-4 m, 3.8×10-4 m, 1.00×10-3 m; 计算了等离子体的最大浓度约为1.229 4×1022 m-3; 激光透射率约为100%, 等离子体屏蔽效应低。开展脉冲激光烧蚀青铜金刚石砂轮实验, 采用光栅光谱仪测量了等离子体空间发射光谱, 计算了等离子体电子温度的值约为：675 3 K、等离子体电子密度值范围约为：1.159 3×1016 cm-3~1.925 1×1016 cm-3。实验表明相关条件下, 脉冲激光烧蚀青铜等离子体浓度低, 同时数值仿真值在实验测量范围内, 验证等离子体膨胀模型的正确性和可行性, 为后续等离子体研究提供理论指导和优化。

为了探究激光清洗工艺对铝合金轮胎模具表面性能的影响, 采用平均功率500 W的全固态激光器作为清洗光源, 在激光峰值功率密度约为5.3 J/cm2时, 研究激光清洗前后铝合金轮胎模具表面宏观形貌、微观形貌、疏水性、表面元素含量及残余应力的变化。结果表明, 激光清洗后表面粗糙度达到Ra0.2相比未清洗表面降低83.3％; 激光清洗后提高模具表面疏水性, 水接触角可达116.6°, 表面能低至12.9 mN/m; 经过激光清洗后表面碳元素含量下降, 由清洗前23.91%降为4.07%; 激光清洗使模具表面应力状态由压应力变为拉应力。此结果为激光清洗在铝合金轮胎模具清洗的实际应用提供了参考。

为了满足使用激光去除毛刺的工艺要求, 现设计一种激光头结构, 介绍了激光去毛刺的工作原理, 系统组成, 利用中间激光聚焦能量切除大毛刺, 圆环光斑能量将切割后的剩余部分融成圆角。去毛刺激光头结构包括聚焦镜、圆台镜、抛物面镜, 激光束其中一部分经过聚焦镜聚集为第一激光束, 其余部分则先后经圆台镜和抛物面镜反射而形成投射, 在第一激光束周向外侧形成环形的第二激光束。这样能够在待加工工件上投射形成不同功率密度与直径的环形光斑区域, 利用高能量密度对毛刺进行激光去除, 同时对大毛刺去除过后形成的小毛刺在激光扫描去除时进行一次性去除。

为了研究可饱和吸收体参数对全正色散光纤激光器输出脉冲特性的影响, 建立全正色散光纤激光器模型, 通过求解非线性薛定谔方程获得全正色散光纤激光器的输出脉冲拟合因子、时域脉宽以及峰值功率。研究了不同调制深度、饱和功率和不饱和吸收损耗下全正色散光纤激光器的输出脉冲参数。仿真结果表明可饱和吸收体参量的变化会影响激光器输出脉冲的宽度、峰值功率以及形状, 优化可饱和吸收体参数可以在全正色散腔中产生窄脉宽高功率的抛物线脉冲。数值结果进一步丰富了全正色散光纤激光器输出脉冲特性的理论研究。

本文采用溶胶-凝胶法和旋涂烧结工艺把钙钛矿结构的锰酸镧光催化剂制备成薄膜。制备锰酸镧薄膜后, 采用X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)等测试手段检测薄膜的晶体结构、显微形貌和光催化性能。

为了研究延迟时间和透镜与样品间距离(lens-to-sample distance, LTSD)对激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)测量精确度的影响, 以混合土壤样品中的Cu和Cr元素为例开展研究。在优化实验条件方面, 测得两种元素信噪比随延迟时间的增加先增大后减小, 确定了在最大信噪比处Cu的延迟时间为1.8 μs, Cr为2.0 μs; 通过改变透镜到样品之间的距离, 得到在LTSD为96 mm和98 mm处, Cu Ⅰ和Cr I的光谱强度和等离子体电子温度最高。在定量分析前, 采用Savitzky-Golay滤波算法对光谱数据进行平滑降噪; 对比了使用谱线峰面积和直接光谱强度下的相对标准偏差(relative standard deviation, RSD), 发现谱线峰面积的RSD为5.9%要优于直接光谱强度(RSD=10%), 因此, 本文使用谱线峰面积作为元素的光谱强度进行定量分析; 计算验证了Cu I和Cr I的等离子体区域满足局部热平衡态。利用配置的七种浓度的混合样品, 选择Cu I 324.754 nm和Cr I 425.435nm作为分析线, 利用外标法得到两种元素在初始条件下和最佳的延迟时间和LTSD下的定标曲线。对比发现在优化了延迟时间和LTSD两个实验参数后Cu和Cr元素的定标曲线相关系数R2分别提高了0.134和0.081, 且两元素定标曲线的相对误差进一步减小。实验结果表明, 优化延迟时间和透镜与样品间距离两个实验参数可以稳定提高LIBS定量分析的精准度。

本文基于SIMCA和PLS-DA这两类方法, 对激光荧光技术用于山西某煤矿突水水源识别的应用进行了研究, 分别采集老窑水、冲积层水、砂岩水三种水样荧光光谱数据, 对数据进行了压缩, 采用Moving-Average、Craussiaa-Filter算法进行光谱预处理。对建立的PLS-DA模型、SIMCA模型可行性进行验证。在SIMCA模型中, 三种水样模型对水样样本识别正确率均为100％, 三种水样模型的验证集水样样本识别正确率均为100％。在PLS-DA模型中, 各模型建模集识别正确率均为100％, 相关系数r分别为0.998、0.992、0.988, RMSF-LW分别为0.038、0.066、0.070; 验证集识别正确率均为100％, RMSEP分别为0.063、0.094、0.152, 三种水样模型的验证集样品预测值均在1附近。在不同光谱预处理方法分析下, SIMCA、PLS-DA建模均对水源进行快速识别。

目的：分析强脉冲光联合果酸治疗面部脂溢性皮炎的疗效与安全性。方法：门诊面部脂溢性皮炎患者58例, 随机分成实验组和对照组, 实验组给予2次强脉冲光和2次果酸治疗, 对照组单纯给予果酸治疗, 治疗结束两周评价临床症状改善和不良反应发生情况。结果：实验组红斑、脂溢、瘙痒症状的改善有统计学意义(P<0.05), 皮损面积改善无统计学意义(P>0.05); 对照组仅脂溢和瘙痒改善有统计学意义(P<0.05), 红斑、皮损面积改善无统计学意义(P>0.05); 两组治疗前后各观察指标评分下降情况比较, 除皮损面积评分下降无统计学差异(P>0.05)外, 其余各观察指标两组间比较均具有统计学意义(P<0.05); 两组有效率比较差异有统计学意义(P<0.05)。两组均未发生严重不良反应。结论：强脉冲光联合果酸治疗面部脂溢性皮炎安全有效。

目的：系统评价半导体激光(DL)联合机械清创(MD)用于治疗种植体周围疾病的疗效, 为半导体激光在种植体周围疾病治疗中的作用提供循证医学证据。方法：检索数据库：PubMed、Embase、Cochrane Library、中国知网、万方、维普、中国生物医学文献数据库等, 收集关于半导体激光应用于种植体周围黏膜炎和种植体周围炎治疗的临床随机对照研究, 试验组采用MD+DL, 对照组仅采用MD。检索时限为建库至2020年5月9日。由2位研究者独立筛选、分析、评估相关文献后使用Revman5.3进行数据分析。结果：最终纳入6个随机对照实验, 共包含371个种植体, 其中试验组为187个种植体, 对照组为184个种植体。Meta分析数据表明, 与单纯MD组相比, DL联合MD在治疗3个月后的探诊深度(PD)、菌斑指数(PI)和出血指数(BI)减少更多, 差异有统计学意义［MD=-0.44,95%CI: (-0.77,-0.11),P=0.008］、［MD=-0.17,95%CI:(-0.27,-0.08),P=0.0006］、［MD= -0.60,95%CI:(-1.15,-0.05),P=0.03］; 而治疗1个月时的PD虽较基线有明显减少, 但试验组与对照组之间的差异没有统计学意义［MD=-0.31,95%CI:(-1.11, 0.48),P=0.44］。结论：DL辅助MD治疗对于种植体周围疾病的PD、PI、BI及感染控制方面有明显的效果, 但仍需更多更大样本量的RCT进一步论证。