期刊基本信息
创刊:
1981年 • 双月刊
名称:
应用激光
英文:
APPLIED LASER
主管单位:
上海科学院
主办单位:
上海市激光技术研究所
出版单位:
应用激光
主编:
王之江
ISSN:
1000-372X
刊号:
CN 31-1375/TN
电话:
021-64700560-4
邮箱:
地址:
上海市宜山路770号
邮编:
200233
定价:
55元/期

本期栏目 2020, 40(6)

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应用激光 第40卷 第6期

作者单位
摘要
应用激光
2020, 40(6): 1
作者单位
摘要
南通大学机械工程学院, 江苏 南通 226019
本文研究了不同激光扫描速率对5CrNiMo熔覆Ni60合金涂层组织与性能的影响。采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析仪、显微硬度计和摩擦磨损试验机对熔覆层的物相组成、显微组织、显微硬度及耐磨性进行分析测试。结果表明: 不同激光扫描速率下, 5CrNiMo合金熔覆层组织主要由CrB2、Cr3B2、Cr7C3及γ-Ni等物相组成。随着扫描速率增大, 熔覆层组织由柱(条)枝晶向等轴晶转变, 熔覆层逐渐细化, 表面硬度及抗磨损性能逐渐增大, 摩擦系数逐渐减小。当扫描速率为10 mm/s时, 熔覆层的平均摩擦系数仅为0.18, 显微硬度高达1 550 HV0.2, 涂层具有最佳的耐磨性能。
激光熔覆 扫描速率 Ni60合金 显微组织 耐磨性 laser cladding Ni-based coating microstructure microhardness abrasion resistance 
应用激光
2020, 40(6): 1005
作者单位
摘要
1 郑州轻工业大学, 河南 郑州 450001
2 河南黄河旋风股份有限公司, 河南 许昌 461500
激光熔覆技术在薄壁修复领域的推广应用受到基体失稳变形的限制, 本文通过2 mm薄板的熔覆试验探讨失稳变形机制、熔合区域及基体表层的物相组成变化、微观组织及显微硬度等性能的变化特征。结果表明: 激光熔覆316L在08钢薄板表面, 基体产生挠曲和内凹缺陷, 热应力在失稳变形中起到决定性作用; 薄板表层熔合区域产生约5 μm光亮的平面晶熔合带, 且熔合带的物相含量和力学性能均接近熔覆合金; 薄板基体的热影响区产生30 μm的单层晶粒粗化带; 由于不均布的残余应力的存在, 显微压痕周围材料出现局部隆起。
激光熔覆技术 薄壁修复 失稳变形机制 熔合带 显微压痕 laser cladding technology thin wall repair instability deformation mechanism the fusion zone micro indentation 
应用激光
2020, 40(6): 1011
作者单位
摘要
上海飞机制造有限公司 上海 201324
利用选区激光熔化技术制备了高强铝合金TiB2/AlSi10Mg试样, 研究了不同的工艺参数激光体能量密度E对于成形试样的致密度、显微组织的影响规律, 并用光学显微镜、扫描电子显微镜对结果进行了表征。分析了不同参数下试样的显微硬度和拉伸性能, 并研究了不同的热处理制度处理后TiB2/AlSi10Mg试样拉伸性能的变化。研究发现, 随着E的增加, 试样上的缺陷越来越少, 致密度逐渐提高, 在E=71.5 J/mm3时, 试样上只存在很少的缺陷, 颗粒团聚现象消失且分布均匀。在该参数下, 试样横截面上的显微硬度在达到了138.9 HV0.5。由于TiB2陶瓷相的加入, SLM成形铝合金的强度能够达到420 MPa, 延伸率为6.13%, 较SLM成形纯AlSi10Mg相比, 强度提升了13.5%, 延伸率提升了50%。热处理温度和热处理时间对SLM成形试验件的拉伸性能也有影响, 对于本试验中, 较为优化的热处理温度为T=170 ℃, 热处理时间t=10 h。
选区激光熔化 高强铝合金 显微组织 拉伸性能 SLM high-strength Al alloy Microstructure tensile property 
应用激光
2020, 40(6): 1017
作者单位
摘要
安徽机电职业技术学院机械工程学院, 安徽 芜湖 241002
以GH738合金类零件为研究对象, 分析了增材修复对激光沉积制造GH738合金热处理及力学性能的影响, 与基体相比, 热影响区γ′相尺寸增大显著, 其平均尺寸从50 nm增加到110 nm, 平均间距增大显著; 碳化物含量在热影响区内减少, 部分碳化物有分解现象发生, 激光沉积修复试样断口微观形貌属于韧性断裂。老化后, 沉积柱状树突的结晶粒界膨胀并合并, 形成了新的颗粒。时效温度不同时形成的等轴晶晶体的差异较小; 修复区经时效处理后开始有γ′相大量析出, γ′相随时效温度升高继续长大, 但γ′相含量变化较小。碳化物经时效处理后主要在晶界析出, 与沉积状态相比, 样品的拉伸强度在时效处理后显著增加, 但塑性减小。随着老化温度上升, 修补样品的可塑性逐渐降低。粒界碳化物在包络中析出的话, 粒界的龟裂沿着粒界碳化物急速膨胀, 金属的机械性质显著降低。
GH738合金 激光 增材修复 力学性能 热处理 GH738 alloy laser additive repair mechanical properties heat treatment 
应用激光
2020, 40(6): 1023
作者单位
摘要
1 新疆大学机械工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830047
2 阳江市五金刀剪产业技术研究院, 广东 阳江 529533
3 阳江市高功率激光应用实验室有限公司, 广东 阳江 529533
4 兰州理工大学 材料科学与工程学院, 甘肃 兰州 730050
为了研究3Cr14不锈钢表面激光熔覆431CO-M2合金粉末的最优工艺参数, 基于正交试验设计, 采用极差分析法, 以稀释率、成型系数以及熔覆层的宏观硬度作为评价指标, 研究激光功率、熔覆速度、送粉速度和保护气大小对熔覆层成型品质的直接影响, 从而确定和筛选出最佳的激光熔覆成型工艺。结果表明对稀释率和成型系数的影响水平按从大到小排列依次为激光功率、熔覆速度、送粉速度以及保护气大小; 对宏观硬度的实际影响按从大到小顺序排列依次为激光功率、送粉速度、熔覆速度与保护气大小; 最终选择的工艺参数是激光功率1 100 W,熔覆速度5 mm/s, 送粉速度26 g/min,保护大小0.1 MPa, 光斑大小为4 mm, 载气量为13 L/min, 离焦量为14 mm。在最优工艺参数下, 熔覆层表面连续平坦, 与基体结合度好, 涂层的平均显微硬度为684.5 HV0.2, 约为基体平均显微硬度的2.7倍, 提高基体的硬度效果明显。
激光熔覆 正交试验 3Cr14不锈钢 工艺参数 显微硬度 laser cladding orthogonal test 3Cr14 stainless steel process parameters microhardness 
应用激光
2020, 40(6): 1029
作者单位
摘要
江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江212013
为了研究不同微织构形貌对刀具表面涂层性能的影响, 利用光纤激光在其表面制备了不同面积占有率的毛化和沟槽微织构形貌, 并利用PVD磁控溅射镀膜技术对织构化的试样表面进行TiAlN涂层的沉积。采用Nanofocus共聚焦显微镜检测涂层前后的织构形貌; 应用AMH-61显微硬度计检测试样表面的显微硬度; 采用D8 ADVANCE型X射线衍射仪检测织构化涂层表面的残余应力; 采用Rtec MFT-5000型表面性能试验机对涂层表面进行划痕试验, 表征涂/基结合力。结果表明: 一定面积占有率的毛化形貌有利于提高涂层显微硬度, 沟槽形貌对涂层显微硬度有较小的削弱作用, 面积占有率对其影响不大。两种织构形貌均能减小涂层内部残余应力, 残余应力下降幅度与织构面积占有率呈正相关。一定面积占有率的织构有利于增强涂层结合强度, 毛化相比沟槽更有效, 结合力最高可提升19.2%。两种微织构形貌有效提高了刀具表面涂层性能。
硬质合金 激光微织构 TiAlN涂层 残余应力 结合强度 cemented carbide laser micro-texturing TiAlN coating residual stress bonding strength 
应用激光
2020, 40(6): 1035
郭亮 1,2,*金而立 1苏嘉敏 1郭家星 3[ ... ]张庆茂 1,2
作者单位
摘要
1 华南师范大学广州市特种光纤光子器件与应用重点实验室, 广东 广州510006
2 广东省工业超短脉冲激光技术企业重点实验室, 广东 深圳 518055
3 华南理工大学化学与化工学院, 广东 广州510641
4 广东省计划生育科学技术研究所(广东省计划生育专科医院), 广东 广州510600
传统的陶瓷成型工艺存在着材料利用率低、能量消耗高等问题。为此, 本文利用数字光处理(DLP)3D打印技术, 制备了精细、复杂结构氧化锆陶瓷。实验配置了固相质量分数72.5%的陶瓷-光敏树脂浆料, 以紫外光为光源, 使浆料逐层固化, 叠加成型。实验还研究了曝光时间、曝光强度等因素对固化深度的影响, 优化后的陶瓷浆料表现出良好的固化效率与成型精度。最后本文还研究了烧结温度对陶瓷器件致密度以及维氏硬度的影响。最终制造出了致密度达95%以上、维氏硬度11.3 GPa、XRD表征为四方相的氧化锆陶瓷器件, 实现了复杂陶瓷器件的快速打印制备。
陶瓷材料 光敏树脂 数字光处理 烧结 ceramic material photosensitive resin DLP sintering 
应用激光
2020, 40(6): 1040
作者单位
摘要
三峡大学电气与新能源学院, 湖北 宜昌443002
脉冲激光清洗绝缘子表面污秽会产生较大的热应力, 热应力大于黏附力则污秽层脱落。本文以瓷式绝缘子及其表面污秽为对象, 建立有限元模型, 分析在不同能量密度下, 由温差产生的热应力场变化规律, 研究脉冲激光清洗绝缘子污秽机制, 确定最佳清洗能量密度, 并以激光实验证明清洗效果。结果表明, 绝缘子表面的第一主应力先表现为压应力, 在光斑中心处达到最大值, 安全工况下最大可达到1 240 MPa, 随着径深的增加逐渐转化为拉应力, 中心以下0.014 mm处拉应力达到最大值, 为105 MPa, 此处污秽先被清除; 激光能量密度为2.52 J/cm2~3.81 J/cm2可实现安全有效清洗。此研究成果为脉冲激光清洗瓷式绝缘子能量密度的选择提供了重要依据。
脉冲激光 绝缘子 应力 抗压抗拉 能量密度 pulse laser insulator stress compressive tensile threshold energy density 
应用激光
2020, 40(6): 1045
作者单位
摘要
1 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室, 甘肃 兰州 730050
2 中国钢研科技集团有限公司, 北京 100081
3 阳江市五金刀剪产业技术研究院, 广东 阳江 529533
以316L/Q345异种钢激光焊接接头为研究对象, 通过观察气孔和宏观偏析在焊缝横截面上的分布, 建立了匙孔不稳定条件下的气泡产生过程模型, 得出了对流混合区滞留气泡和凝固界面对气泡吸附作用是产生气孔主要原因, 通过热力学计算得到气泡附着固液界面前后表面自由能变化ΔGs<0, 得到气泡向固液界面扩散是自发过程; 基于对流混合区热量传输、动量传输、质量传输特性更易满足结晶热力学和动力学条件, 建立了穿透匙孔激光焊接接头横截面上宏观偏析形成过程, 认为结晶首先发生在对流混合区, 在熔池对流作用下, 被带入的非混合边界层在焊缝中过冷, 形成“岛状组织”; 或焊缝金属侵入非边界混合层, 形成“海滩组织”。
激光焊接 焊接气孔 宏观偏析 熔池对流 laser welding welding pores macrosegregation pool convection 
应用激光
2020, 40(6): 1052
作者单位
摘要
1 辽宁科技大学应用技术学院, 辽宁 鞍山, 114051
2 辽宁科技大学理学院, 辽宁 鞍山, 114051
本实验使用Nd: YAG激光焊接机对双相钢进行工艺研究, 分别选取了电流、脉宽、频率三组参数, 利用正交试验法分析焊接质量的影响, 对测量结果进行极差分析, 得到所选取的最佳参数依次为: 电流110 A, 频率14 Hz, 脉宽1.4 ms; 进行方差分析, 得到电流对焊接质量影响的显著性大于频率, 脉宽几乎没有影响。
激光焊接 正交法 双相钢 极差 laser welding dual-phase steel orthogonal experiment range 
应用激光
2020, 40(6): 1061
作者单位
摘要
苏州大学机电工程学院, 江苏 苏州 215000
利用60 W国产CO2激光器对黑色耐高温聚酯薄膜进行密群孔加工, 通过正交实验法分析激光扫描速度、脉冲能量、重复频率、离焦量和脉冲宽度等工艺参数对微孔入光孔径、出光孔径和锥度的影响程度, 并采用综合平衡法得到优化工艺参数组。结果表明, 激光扫描速度、离焦量和脉冲宽度对微孔锥度影响较大; 离焦量、脉冲能量对孔径影响较大; 得到的优化工艺参数组为: 激光扫描速度50 mm/s,脉冲能量输出10%, 重复频率11 kHz,离焦量0 mm, 脉冲宽度0.1 ms, 并通过实验验证采用该优化参数组加工获得的微孔入光孔径、出光孔径、锥度均较小, 且质量较好, 指导企业生产的升级改造。
激光加工 激光打孔 正交实验 耐高温聚酯薄膜 成型质量 laser machining laser drilling orthogonal experiment high temperature resistant polyester film molding quality 
应用激光
2020, 40(6): 1067
作者单位
摘要
1 北京应用物理与计算数学研究所 北京 100094
2 中国工程物理研究院研究生院 北京100088
建立了重频脉冲激光加热/烧蚀半导体材料物理模型, 在不同占空比的重复频率脉冲激光辐照下, 采用有限元方法数值模拟了硅和锗两种半导体材料前、后表面的升温和烧蚀深度变化规律, 考察了材料厚度和物性的影响。模拟结果表明, 材料前表面升温曲线呈齿状, 与金属情形类似; 后表面呈阶梯状, 表现出与金属材料的差异。与连续激光相比, 重频脉冲激光更有利于半导体材料的加热和烧蚀。
重频脉冲激光 有限元方法 表面温度 激光烧蚀 repetitive pulse laser finite element method surface temperature laser ablation 
应用激光
2020, 40(6): 1074
作者单位
摘要
长安福特汽车有限公司杭州分公司, 浙江 杭州311228
激光切割已广泛应用在长安福特全系车型前轮毂减震包制造工艺上。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, 以根部挂渣高度和切缝下部分倾斜条纹区域所占板厚比例来表征切缝质量, 系统研究了激光功率M, 切割速度v, 离焦量f对切缝质量的影响。采用响应曲面法试验设计, 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, 试验因素组合激光功率3 408 W, 切割速度43.1 mm/s, 离焦量-3.27 mm时可获得最优的切缝质量。研究为全新车型投产提供工艺调试和质量优化的依据。
激光 切割 响应面法 切缝质量 laser cutting response surface method kerf quality 
应用激光
2020, 40(6): 1080
作者单位
摘要
河南交通职业技术学院, 河南 郑州 450006
本文基于飞秒激光和紫外激光加工技术, 对金属铜、铝和钛的激光精细加工技术实验进行了研究, 紫外激光划切金属薄板试验表明, 紫外激光所照射的光斑其直径可以直接聚焦到极为微小的尺寸, 切缝的宽度比较小; 当紫外激光加工技术用于加工熔点较高的金属材料的时候, 加工工艺过程中, 会造成金属材质熔渣飞射外溅的情况产生; 金属铝薄板加工效果较好, 加工时等离子体对铜表面具有较大影响。飞秒激光单脉冲具有很大的能量, 加工出的微槽热影响区小, 表面比较光滑, 无熔渣沉积, 微槽边缘加工效果具有较好的一致性; 在三种金属材料中, 因铝金属其自身导热性能较好, 具有较低的熔点, 因而其金属内部进行加工时候, 所使用的电子耦合时间较短, 所以使用飞秒激光加工技术加工铝金属制品的时候, 会产生晶粒生长、晶体重铸等等现象, 所以使用飞秒激光加工工艺技术, 所得到的结果比使用紫外激光技术的要差得多, 但是针对于钛和铜等相对而言导热系数较小的金属, 其使用飞秒激光加工效果比紫外激光技术加工的要好。激光脉宽大小是紫外激光及飞秒激光对于金属靶材其消融效果差异情况。紫外激光热消融的时间主要是取决于紫外激光脉宽的大小, 而飞秒激光的热消熔时间则是主要取决于电子晶格弛豫时间。使用紫外激光进行金属制品的加工, 主要是进行熔融。气化去除掉表面所存在着熔渣, 飞秒激光通过直接气化去除, 其热影响区要比紫外激光加工的影响小。
金属 飞秒激光 紫外激光 精细加工技术 metal femtosecond laser ultraviolet laser fine processing technology 
应用激光
2020, 40(6): 1086
作者单位
摘要
1 华中科技大学材料科学与工程学院, 湖北 武汉 430074
2 广东省智能机器人研究院, 广东 东莞523808
采用万瓦级光纤激光对10 mm厚2A12铝合金开展了激光切割工艺实验, 系统研究了切割速度、辅助气压、离焦量、喷嘴直径、喷嘴高度等参数对切割质量的影响。研究过程中以切面条纹形貌和底部挂渣高度作为依据评价切割质量。首先通过单因素实验, 确定了离焦量、喷嘴直径、喷嘴高度的最佳参数区间; 然后进行全因子实验, 结果表明特定辅助气压下存在可获得良好切割质量的切割速度区间, 在一定程度内增大辅助气压将提高该速度区间。针对10 mm厚铝合金激光切割, 得出最佳工艺参数为: 激光功率9 kW、切割速度1 750 mm/min、辅助气压20 Bar、喷嘴直径3.0 mm、喷嘴高度0.8 mm、离焦量-7 mm。通过对激光切割断面的重铸层分析表明, 析出相在晶界处连续分布及晶内弥散分布, 将对位错运动产生较强的阻碍作用, 一定程度上提高切割表面抗裂纹萌生能力。
高功率激光切割 高强铝合金 切割质量 S析出相 high power laser cutting high-strength aluminum alloy cutting quality S precipitation phase 
应用激光
2020, 40(6): 1092
作者单位
摘要
上海市激光技术研究所, 上海市激光束精细加工重点实验室, 上海 200233
激光退火技术,以较低的热预算, 可以在瞬间达到较高的退火温度, 工艺过程高度可控, 制程可重复性好, 已经广泛应用于半导体工业界。本文将简要介绍激光退火技术早期的机理研究, 以及在硅基太阳能电池, 平板显示, 集成电路, 和微纳米制造等领域的应用。
激光退火 硅太阳能 平板显示 集成电路 微纳米制造 laser anneal silicon solar cells flat panel display integrated circuits micro/nano fabrication 
应用激光
2020, 40(6): 1099
作者单位
摘要
1 佛山根固激光科技公司, 广东 佛山 528000
2 华中科技大学激光技术系, 湖北 武汉 430074
由于高功率半导体激光器具有能量转换效率高、稳定性好、工作寿命长、体积小等优异的特性, 已经被广泛地用于固态激光器泵浦源、金属表面改性、焊接加工等领域。本文针对传统慢轴准直镜对于高填充因子的半导体激光阵列准直效果不好的问题, 提出了基于双焦距透镜的准直器件, 通过在一个面的相互正交的两个方向上分别设计不同的面型参数实现用一个器件同时对半导体激光器快慢轴两个方向同时准直的效果。应用费马原理推导了该透镜的面型参数, 得到两个面均为双曲面, 快轴方向的顶点曲率半径为0.074 95, 圆锥系数为-3.061, 慢轴方向的顶点曲率半径0.843, 圆锥系数为-3.061。最终得到的经过双焦距准直透镜准直之后的残余发散角分别为34.4 mrad (FWHM)和19 mrad (FWHM)。仿真结果表明这种设计可以实现与之前分离式两轴准直镜几乎相同的准直效果, 解决了传统FAC与SAC结构对高填充因子激光阵列参数受空间限制的问题, 同时减小了装调误差。
高功率半导体激光器 光谱合束 双焦距准直镜 光束整形 high power diode lasers spectral beam combination the double facol lens beam shaping 
应用激光
2020, 40(6): 1110
作者单位
摘要
贵州电网有限责任公司, 贵州 贵阳 550002
本文提出一种基于3D视觉传感器的障碍物检测方法, 用于解决准静态场景的障碍物检测的误检、漏检等问题。本文算法首先对3D视觉传感器得到的点云数据进行坐标系转换, 然后以高度值作为尺度因子产生深度图像, 然后与障碍物高度参数进行比较产生二值化图像, 通过计算二值化图像最大连通域大小辨识出障碍物。本算法使用在变电站电力巡检机器人安全巡检项目中, 通过长时间复杂环境运行验证了算法的稳定性和有效性。
障碍物检测 导航 机器人 obstacle detection navigation robot 
应用激光
2020, 40(6): 1115
作者单位
摘要
1 大同煤炭职业技术学院, 山西 大同 037001
2 辽宁工程技术大学, 辽宁 阜新 123000
3 同煤集团地质勘测处, 山西 大同, 037001
基于三维激光扫描, 以新疆某现代化矿井为研究对象, 对其矿井开拓巷道围岩变形测量技术进行了研究, 在矿井软岩巷道的测试绘画过程中, 根据被测量的区域实际地质情况等, 以标准靶点云数据的方式进行采集。针对于被测区域的测量点的筛选工作也是首要任务, 尤其是扫描测量最大范围、点云数据的采样密度等等参数指标的设置环节。针对单站点三维激光扫描点云, 提出了一种基于圆柱形投影面巷道建模方法, 通过这个方法可以高效便捷的对点云数据自动化建立相关体系模型。根据试验结果显示, 所采用的方法在进行矿井巷道三维立体模型的构建时具有非常高的精度, 构建模型精度由获取的点云精度决定, 通过检校场分析、评定点云数据精度, 扫描距离为41 m、81 m时, 点位精度分别为±4.8 mm、±6.4 mm。相比于Leica Cyclone 9方法, 该方法具有一个极大的特点为可实现自动化, 并且十分高效精准。以圆柱投影的方式为矿井巷道进行建模, 针对于单站点三维激光扫瞄点云模式, 为后续的多站点建模提供了理论基础。
测量技术 变形 巷道围岩 三维激光 矿井 measurement technology deformation roadway surrounding rock 3D laser mine 
应用激光
2020, 40(6): 1120
谷潇 *
作者单位
摘要
达州职业技术学院中专教育部, 四川 达州, 635000
本文以管道测量工程为研究对象, 深入研究了无人机机载激光雷达在工程测量、地质测绘中的应用, 与工作中的管道工程相结合, 使用航空摄影测量技术与无人机机载LiDAR技术测量长输管道相结合, 通过分析LiDAR飞行、地面控制测量、激光点云数据处理及DEM生成、影像数据处理及DOM生成、数字线划图(DLG)制作等, 获得相应产品成果。在长输管道测量中, 无人机机载LiDAR技术可代替传统测量方法, 该技术应用可有效确保勘察设计质量、工期, 且产品质量、精度、效果等满足要求。
机载激光雷达 工程测量 无人机 测绘 airborne lidar engineering survey UAV survey 
应用激光
2020, 40(6): 1126
作者单位
摘要
湖北工业大学机械工程学院, 湖北省现代制造质量工程重点实验室, 湖北 武汉430068
为了能够实现高精度的距离测量, 本文提出了一种利用AOM声光调制器线性扫频的测距方法。基于干涉理论, 建立了测距距离与位相、频率之间的数学理论模型。测距实验中, 采用AOM声光调制器双通扫频的方案, 搭建了测距光路实验系统, 产生双频成分的光。通过光电探测器, 把实验中的光信号转换成电信号。由于产生的为非光学干涉信号, 实验中加相关的电子学器件, 进行了信号解调处理。最后, 实验数据经过FFT变换处理, 结果表明测距距离为24.17 m, 测距波动范围为±0.22 m。
线性扫频 干涉理论 测距光路 信号解调 FFT变换 Linear sweep interference theory ranging optical path signal demodulation FFT transform 
应用激光
2020, 40(6): 1132
作者单位
摘要
中北大学信息与通信工程学院, 山西 太原 030051
衬层固化是固体火箭发动机的关键步骤, 其状态影响着火箭发动机最终性能。本文通过激光超声在线监测平台采用激光超声非接触在线监测方法对硅酮密封胶的固化过程进行监测, 该方法结合经验模态分解(EMD)算法对激光超声回波信号进行处理, 根据超声传播速度和超声衰减的变化情况来表征其固化状态。监测结果表明, 随着固化反应的进行, 超声传播速度首先迅速增加, 而后略微下降, 最后趋于平稳; 超声衰减首先迅速减小, 而后缓慢减小, 最后趋于平稳, 完整的反映了整个的固化过程, 能够对其半固化状态进行判定, 为衬层的固化状态进行非接触在线监测奠定基础。
非接触在线监测 固化状态 激光超声 硅酮密封胶 non-destructive testing curing state laser ultrasonic technology silicone sealant 
应用激光
2020, 40(6): 1138
作者单位
摘要
1 苏州海关, 苏州 215004
2 江南大学机械工程学院, 无锡214122
为了利用激光超声技术检测样品表面裂纹深度, 本文基于有限元分析软件(COMSOL)的热-固耦合物理场, 建立激光超声无损检测模型, 进行了不同深度裂纹的检测仿真,在此基础上根据超声波在金属中的传播规律推导出裂纹深度定量计算公式并用实验进行计算裂纹深度, 得出计算公式具有较高的正确性。结果表明: 随着裂纹深度的增加, 裂纹底端反射横波SR也随之增加, 两者成线性关系; 本文所提出的裂纹深度定量公式具有较高的正确性, 裂纹深度定量相对误差不超过7%。
无损检测 数值模拟 表面缺陷 nondestructive testing COMSOL COMSOL numerical simulation surface defects 
应用激光
2020, 40(6): 1144
作者单位
摘要
厦门理工学院机械与汽车工程学院, 福建 厦门 361024
针对激光除漆的在线监测问题, 搭建声学监测实验平台, 研究激光除漆过程的声学监测技术。结合表面形貌和信号处理, 通过时域和频域分析, 发现了声波正压峰值、脉冲波形持续时间、清洗频率分量、直流分量和第一个谱峰的频率等一系列特征参数, 并通过逐步判别分析方法得到判别函数。研究表明, 除漆声信号可以提供有效的特征信息, 通过对清洗特征的判别可以实现对激光除漆的过程监测, 具有进一步实用的潜力。
激光清洗 声学监测 除漆 清洗特征 laser cleaning acoustic monitoring paint removal cleaning signal characteristics 
应用激光
2020, 40(6): 1153
作者单位
摘要
应用激光
2020, 40(6): 1160
作者单位
摘要
广东海洋大学电子与信息工程学院, 广东 湛江 524088
为提升TC4钛合金零件的使用寿命和性能, 利用正交试验方法设计多组激光工艺参数, 采用激光熔覆工艺分别在钛合金表面上制备了镁钴合金涂层, 分析了激光脉冲电流、脉冲宽度和扫描速度对熔覆层稀释率和宽高比的影响以及每个试验影响因素之间的交互作用, 并进行验证试验, 最终获得钛合金表面单道激光熔覆的最优工艺参数。结果表明, 扫描速度对熔覆层稀释率的影响最大, 脉宽对宽高比影响的最大。通过对比分析得出最佳工艺参数组合, 为今后的钛合金激光熔覆镁钴合金的成形试验提供试验借鉴。
激光技术 激光熔覆 正交试验 稀释率 宽高比 laser technology laser cladding orthogonal test dilution rate aspect ratio 
应用激光
2020, 40(6): 955
作者单位
摘要
1 上海交通大学材料科学与工程学院, 上海 200030
2 中国航发商用航空发动机有限责任公司, 上海 201108
针对航空发动机TA19钛合金整体叶盘的损伤修复需求, 开展激光成形修复工艺研究。采用旋转电极法制备TA19钛合金球形粉, 在充氩箱中进行激光成形修复试验, 沿TA19锻件基材生长制备板状试样坯料, 同时采用激光直接沉积方法制备了试样坯料, 通过对修复区域显微组织、显微硬度、拉伸性能、疲劳性能测试与分析, 并与TA19钛合金锻件及激光直接沉积试样进行了对比。结果表明: 激光成形修复试样由修复区、热影响区和基材区三部分组成, 修复区与基体形成致密冶金结合, 修复区组织为粗大柱状晶, 柱状晶内有细小的针状α相析出, 形成α+β魏氏组织; 激光成形修复区的硬度平均值为400 HV, 比母材的硬度高70 HV; 激光成形修复试样的抗拉强度均值为999 MPa、屈服强度均值为910 MPa, 与母材基本相当, 激光成形修复试样的延伸率均值为12.5%, 与母材相比下降17%; 在应力集中系数Kt=3时, 室温及480 ℃的激光成形修复的中值旋转弯曲疲劳强度分别为137 MPa及145 MPa, 与母材相当或略优。激光成形修复后TA19钛合金的拉伸及疲劳性能与锻件基本相当, 激光成形技术是TA19钛合金整体叶盘损伤修复的可行方法。
激光成形 修复 显微组织 拉伸性能 疲劳性能 laser forming repair TA19 TA19 microstructure tensile strength fatigue strength 
应用激光
2020, 40(6): 962
王英姿 1,*宋亚男 2,3,4刘江伟 2,3,4国凯 2,3,4孙杰 2,3,4
作者单位
摘要
1 济南大学材料科学与工程学院, 山东 济南 250061
2 山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室, 山东 济南 250061
3 山东大学机械工程学院, 山东 济南 250061
4 山东大学航空构件制造技术及装备研究中心, 山东 济南 250061
采用光纤激光器在高强韧钢表面熔覆Ni60涂层及Ni60+WC复合涂层, 研究了不同工艺参数下熔覆层的形貌特征, 探究了WC增强相对熔覆层组织的影响规律, 并对深冷前后熔覆层的显微组织和硬度进行了对比分析。结果表明: 激光工艺参数影响熔覆层显微组织, 当激光功率过大时, 熔覆层中未出现针状共晶组织; Ni60粉末中加入WC粉末后, 熔覆层组织中出现晶粒细化现象; 对低硬度熔覆层进行深冷处理, Ni60熔覆层组织中析出更多条状碳化物, Ni60+WC熔覆层出现组织细化现象, 从而均使熔覆层硬度提高。
激光熔覆 Ni60+WC熔覆层 深冷处理 显微组织 laser cladding Ni60+WC cladding layer cryogenic treatment microstructure 
应用激光
2020, 40(6): 968
作者单位
摘要
成都飞机工业(集团)有限责任公司, 四川 成都 610091
镍基单晶高温合金叶片凝固裂纹抑制及叶片修复过程中单晶完整性对其应用具有重要意义。作用机制是避免熔覆层组织发生柱状晶-等轴晶转变(CET)同时避免重熔区转向杂晶(转向枝晶)。本实验采用激光熔覆技术, 探索了DD6合金开裂敏感性与晶粒尺寸的关系, 研究了DD6单晶高温基体上GH768合金的多道多层外延生长, 明晰了激光工艺参数对单晶组织形成的作用机理。结果表明: 随着激光扫描速度增大, 晶粒尺寸减小、规则性提高, 凝固裂纹减弱, 在激光功率P=250 W, 扫描速度V=2.5 mm/s, 单层提升高度100 μm, 叠加率41%时, 可以消除凝固裂纹同时实现对损坏单晶叶片的初步修复工作。
激光熔覆技术 凝固裂纹 叶片修复 RDV理论模型 laser cladding solidification cracks blade repair RDV theoretical model 
应用激光
2020, 40(6): 978
作者单位
摘要
中国航发北京航空材料研究院3D打印研究与工程技术中心, 北京100095
通过激光选区熔化技术, 使用优化后的工艺参数成形了3组GH4169样件, 制备了高温疲劳性能测试试样。通过工业CT检测了疲劳测试样件的孔隙情况, 在650 ℃高温下进行疲劳循环试验, 同时采用SEM观察试样断口形貌并分析断裂形式。结果表明, 部分参数试样存在约100 μm的孔隙, 经后续检测分析其未对疲劳断裂产生影响。三组试样的疲劳循环次数随工艺参数改变, 无明显的变化趋势, 均为105~107次循环, 但其疲劳性能低于同等试验条件的锻件。断口形貌显示, 三组试样的裂纹源均位于试样表面, 同时存在脆性与塑性断裂两种机制。
增材制造 疲劳性能 激光选区熔化 additive manufacturing fatigue property selective laser melting GH4169 GH4169 
应用激光
2020, 40(6): 984
作者单位
摘要
大连理工大学机械工程学院, 辽宁 大连 116024
利用激光修复技术修复裂纹可以有效提升零件的断裂性能。本文以304不锈钢紧凑拉伸试件为研究对象, 分别建立了热分析和力学分析有限元模型。首先模拟了不同激光工艺参数下裂纹尖端修复区温度场的分布情况, 并分析了稀释率随激光工艺参数变化的关系; 进而由基体材料成分、修复粉末材料成分和稀释率的关系得到修复区材料成分, 最后模拟得到修复后的304不锈钢试件裂纹尖端J积分, 分析激光参数对裂纹尖端J积分的影响规律。结果表明, 当激光光斑直径和加热时间一定时, 随着激光功率的增大, 裂纹尖端J积分先减小后变大, 在激光功率为1 800 W时修复试件具备较好的断裂性能; 当激光功率和加热时间一定时, 随着光斑直径的增大, 裂纹尖端J积分先减小后变大, 在光斑直径为3 mm时修复试件具备较好的断裂性能。
激光工艺参数 稀释率 裂纹尖端J积分 有限元分析 laser process parameters dilution rate J-integral of the crack tip finite element analysis 
应用激光
2020, 40(6): 991
作者单位
摘要
陕西科技大学机电工程学院, 陕西 西安, 710021
通过调整激光选区熔化工艺参数中的激光功率、扫描速度和扫描间距, 优化多孔支架的表面质量。实验结果表明: 微孔支架表面的缺陷主要有微裂纹和孔洞等; 随着扫描功率的逐渐增加, 孔洞和微裂纹缺陷明显减少, 多孔支架的致密度也随之增加; 但随着扫描速度和扫描间距的逐渐增大, 孔洞和微裂纹缺陷增加, 多孔支架的致密度和综合力学性能也随之降低。实验表明: 当工艺参数为S=0.05 mm, P=130 W, V=500 mm/s时, 微孔支架表面的缺陷最少, 表面质量最优, 并且其致密度最高为96.41%, 其抗压强度达到最大为583 MPa。
激光选区熔化技术 工艺参数 组织缺陷 致密度 SLM technology process parameters tissue defects density 
应用激光
2020, 40(6): 998