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 2021, 41(3)

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应用激光 第41卷 第3期

作者单位
摘要
应用激光
2021, 41(3): 1
作者单位
摘要
1 西安科技大学机械工程学院,陕西 西安 710054
2 湖南理工学院机械工程学院,湖南 岳阳 414000
采用光学显微镜和电子背散射衍射技术(electron backscattered diffraction, EBSD),观察分析了激光选区熔化(selective laser melting, SLM)快速成形工艺在不同扫描角度下316L不锈钢的显微组织和晶体取向,研究了扫描角度与熔池生成、凝固的关系,以及与拉伸强度和延伸率的关系。结果表明,晶体的各向异性随激光扫描角度的变化而变化,扫描角度直接影响获得的熔池的稳定性和凝固过程中的温度梯度,同时也进一步影响最终晶体的均匀性,从而导致制件拉伸强度、延伸率发生变化。因此,可以通过改变扫描方向的角度来控制成形件的结构和力学性能。
激光选区熔化 316L合金 激光扫描角度 晶粒取向 微观结构 laser selective melting 316L alloy laser scanning angle grain orientation microstructure 
应用激光
2021, 41(3): 421
许明三 1,2,*张正 1,2黄旭 1,2
作者单位
摘要
1 福建工程学院机械与汽车工程学院,福建 福州 350118
2 福建工程学院先进制造生产力促进中心,福建 福州 350118
对选区激光熔化技术(SLM)成形316L不锈钢样件的成形性能进行试验研究,利用能量密度公式建立不同参数与成形性能之间的关系,针对不同的能量密度对样件致密度、耐磨性能的影响进行探究。结果表明,当激光能量密度从34.72 J/mm3增加到69.44 J/mm3时,试样件致密度从91%增加到99%。能量密度的增加,导致熔池内部的流动性提高,从而使金属溶液表面张力减少,致密度随之增加。之后能量密度从86.81 J/mm3增加到121.53 J/mm3,致密度没有明显变化;而试样件的耐磨性随着能量密度的增加呈现先增加后减少的规律,当能量密度为86.81 J/mm3时,样件拥有最好的耐磨性和最高的致密度。
选区激光熔化 能量密度 致密度 显微组织 耐磨性能 selective laser melting energy density density microstructure wear resistance 
应用激光
2021, 41(3): 431
作者单位
摘要
青岛理工大学机械与汽车工程学院,山东 青岛 266520
为了改善传统激光熔覆涂层中出现的粗大柱状晶、裂纹和气孔等缺陷,在42CrMo钢表面进行超声振动辅助激光熔覆制备Ni基WC+CeO2涂层的试验,并研究了不同超声波功率对涂层物相组成、微观组织、显微硬度以及耐磨性的影响。结果表明:超声波的引入并未改变涂层的物相组成,涂层物相均由固溶体γ-Ni(Fe)、金属间化合物Ni3Fe、WC、Cr23C6、M7C3(M=Fe、Cr)等组成。随着超声波功率的升高,空化效应以及声流作用对涂层的细化作用增强。当超声波功率为350 W时,涂层的组织形貌改善最为明显,涂层底部粗大柱状晶消失,涂层中部分布着大量的细小枝晶。硬度曲线波动平稳,平均显微硬度为1 074.9 HV。平均摩擦因数为0.28,磨损量最小为8.43×10-3 mm3,相较于未施加超声振动的涂层分别减小了27%和25%。
激光熔覆 超声波功率 微观组织 显微硬度 耐磨性 laser cladding ultrasonic power microstructure microhardness wear resistance 
应用激光
2021, 41(3): 439
作者单位
摘要
蚌埠学院机械与车辆工程学院,安徽 蚌埠 233000
针对高含量陶瓷相的熔覆层容易出现裂纹的问题,研究了不同工艺参数下Ni45+20% Cr3C2熔覆层的成形特性,为调节工艺参数制备出高含量陶瓷相的无裂纹熔覆层提供相应的理论指导。研究结果表明:随着激光电流的增加,稀释率、熔高及熔宽均增大,熔宽的增加值大于熔高的增加值,熔覆层的组织比较粗大,晶距较大,晶粒生长方式由细小的树枝晶向胞状树枝晶转变;在优化的工艺参数下(电流150 A,扫描速度200 mm/min,搭接率60%),熔覆层的稀率为25.3%,多道熔覆层的硬度值略低于单道熔覆层,但性能相对均匀稳定。对于高含量陶瓷相的熔覆层,适当放宽对稀释率的控制范围,通过调节工艺参数,可以获得无裂纹、成形质量较好的熔覆层。
激光熔覆 Cr3C2/Ni涂层 工艺参数 成形质量 laser cladding Cr3C2/Ni coating process parameter molding quality 
应用激光
2021, 41(3): 447
李彬 1,2,*戴善波 1顾海 1,2姜杰 1,2[ ... ]张捷 1,2
作者单位
摘要
1 南通理工学院机械工程学院,江苏 南通 226002
2 江苏省3D打印装备及应用技术重点建设实验室,江苏 南通 226002
为了提高选区激光熔化(SLM)成形316L不锈钢成形精度,采用选区激光熔化成形工艺设备制备了不同成形角度的316L不锈钢成形件。通过致密度测量、成形尺寸测量和表面粗糙度测量,研究了成形角度对316L不锈钢成形件成形精度的影响。结果表明:随着成形角的增大,试样的致密度呈先减小后增大的趋势,成形角为0°时致密度最大,为99.82%;x、z方向的尺寸误差先增大后减小,y方向的尺寸误差呈“W”形变化;A、C平面的表面粗糙度先增大后减小,0°与90°时试样上表面粗糙度最小,分别为6.79 μm、6.43 μm,B平面的表面粗糙度基本不变。
选区激光熔化 316L不锈钢 成形角度 尺寸误差 表面粗糙度 selective laser melting 316L stainless steel sloping angle dimension error surface roughness 
应用激光
2021, 41(3): 454
作者单位
摘要
1 九江学院材料科学与工程学院,江西 九江 332005
2 深圳大田河钢结构工程有限公司,广东 深圳 518000
采用脉冲激光焊技术,搭接DP590双相钢与6061铝合金薄板,对焊接接头的组织形貌、元素分布及力学性能进行了测定和分析。结果表明:采用脉冲激光焊技术,可以实现DP590双相钢/6061铝合金薄板的搭接,焊缝区主要为晶粒粗大的柱状晶组织,热影响区组织为晶粒较为细小、均匀的马氏体和连续分布的铁素体。钢侧显微硬度(3 N试验力)的最大值位于热影响区,为440.1 HV;铝侧显微硬度的最大值位于焊缝区,为325.4 HV。钢/铝焊接接头最大抗拉强度可达35.0 MPa。当其为浅熔深接头时,直接从焊缝界面剥离,而深熔焊接头在铝侧熔合线附近断裂。
钢/铝 脉冲激光焊 组织 显微硬度 金属间化合物 steel/aluminum pulsed laser welding microstructure micro-hardness intermetallic compound 
应用激光
2021, 41(3): 460
作者单位
摘要
长春理工大学机电工程学院,吉林 长春 130022
为研究淬火对AS300/MBW500不等厚钢激光填丝焊接头组织性能的影响,在AS300/MBW500不等厚钢激光填丝焊基础上,进行水淬热处理试验。通过分析焊接接头的微观组织、维氏硬度和元素组成,获得水淬热处理对焊接接头的影响规律。结果表明:随着淬火温度的升高,焊接接头组织中Al元素聚集含量增加,焊缝硬度降低;930 ℃时,薄板与焊缝、焊缝与厚板之间的硬度阶梯值相等,焊缝抗拉强度为908 MPa,伸长率为7.5%,提高了不等厚钢激光填丝焊接接头的力学性能。
淬火 激光填丝焊 微观组织 硬度 力学性能 quenching laser wire filling microstructure hardness mechanical property 
应用激光
2021, 41(3): 466
作者单位
摘要
长春理工大学机电工程学院,吉林 长春 130022
采用Nd:YAG激光器进行TC4钛合金与50钢异种材料激光焊接,研究了接头的裂纹扩展与焊缝的微观组织以及物相成分。结果表明,裂纹类型及位置与工艺参数有关。裂纹在焊缝中以穿晶的方式进行扩展,接头断裂为脆性断裂。焊缝中有高碳马氏体的形成,高碳马氏体有中脊存在。焊缝中的Ti-Fe相为TiFe、TiFe2金属间化合物,并且TiFe数量多于TiFe2。高碳马氏体与TiFe、TiFe2金属间化合物的高硬度以及差的韧性与塑性是裂纹萌生与扩展的主要原因。
异种材料 激光焊接 穿晶扩展 高碳马氏体 金属间化合物 dissimilar materials laser welding transgranular extension high carbon Martensite intermetallic compounds 
应用激光
2021, 41(3): 474
作者单位
摘要
1 广东海洋大学电子与信息工程学院,广东 湛江 524088
2 广东省科学院中乌焊接研究所,广东 广州 510650
3 佛山科学技术学院机电工程与自动化学院,广东 佛山 528225
为了研究真空激光焊接TA2工业钛板时正离焦量对焊缝成形质量、显微组织和力学性能的影响,采用真空舱和大功率碟片激光器,在4.0×10-1 Pa的真空度下进行不同离焦量的焊接。结果表明:正离焦量可有效完成板材的焊接。在真空环境中,随着离焦量的增加,焊缝表面的成形质量提升,焊缝熔宽增加。离焦量的增加会导致光斑能量分散,因此当离焦量达到+4 mm 时,焊缝熔宽达到最大值,随后开始呈下降趋势。在不同的正离焦量下,焊缝与热影响区晶粒的尺寸、形式均不同,随着离焦量的增加,晶粒尺寸逐渐降低。0 mm离焦时,焊缝显微硬度提升1~2倍,在+4 mm和+8 mm的离焦量下,焊缝显微硬度无明显变化。使用8 mm的离焦量焊接时,焊缝的拉伸力和抗拉强度达到最大值,分别为57 759 N和292 N/mm。通过对正离焦量下真空焊接TA2工业钛板的研究,得出结论:使用+4~+8 mm的离焦量真空焊接TA2工业钛板,可得到综合性能较好的焊缝。这对其在船舶制造领域的应用具有重要的意义。
真空激光焊接 TA2工业钛 正离焦量 焊缝熔宽 金相组织 力学性能 vacuum laser welding TA2 titanium industry plus defocusing amount weld width metallographic structure mechanical property 
应用激光
2021, 41(3): 481
作者单位
摘要
1 南通大学机械工程学院,江苏 南通 226019
2 南通思瑞机器制造有限公司,江苏 南通 226500
针对异种钢材料焊接因母材性能差异而导致焊接质量差的问题,增设电镀镍作为母材中间层,来改善焊接质量。以DP590双相钢和304不锈钢为母材,采用Nd:YAG激光对异种钢材料进行激光拼接焊对比试验,利用光学显微镜、扫描电镜和拉伸试验机等实验设备对焊缝的微观组织、硬度、力学性能和耐腐蚀性能进行对比研究。结果表明:与未镀镍的焊缝相比,增设镀镍层提高了焊缝中Ni元素的含量,有利于焊缝处板条马氏体的形成;焊缝的平均硬度提高了12%,抗拉伸强度高于370 MPa;增设镀镍层,可减缓焊缝的腐蚀速率,提高焊缝的耐腐蚀性能。
激光焊接 异种材料 镀镍层 显微组织 laser welding dissimilar materials nickel coating microstructure 
应用激光
2021, 41(3): 489
作者单位
摘要
苏州大学机电工程学院,江苏 苏州 215021
针对激光透射焊接过程中温度变化难以通过试验手段准确反映的问题,以基于锌粉吸收剂的聚芳砜(PASF)激光透射焊接为研究对象,在COMSOL中建立反映焊接过程的三维有限元模型。通过仿真得到的焊缝宽度与实际焊缝宽度对比验证了模型的准确性。分析了不同焊接工艺参数(激光功率、焊接速度和锌粉吸收剂水平)对温度场的影响规律。结果表明:随着激光功率的增大,最高温度升高;随着焊接速度的提高,最高温度降低;随着锌粉吸收剂水平的提高,最高温度升高但升温速率在下降,且达到最大值后开始下降。
激光透射焊接 聚芳砜 锌粉吸收剂 温度场 数值模拟 laser transmission welding polyarylsulfone zinc powder absorbent temperature field numerical simulation 
应用激光
2021, 41(3): 496
作者单位
摘要
1 南京科技职业学院工程训练中心,江苏 南京 210048
2 南京科技职业学院教务处,江苏 南京 210048
3 南京科技职业学院智能制造学院,江苏 南京 210048
研究基于经验工艺参数得到的激光立体成形TC21钛合金沉积态试样中原始β晶粒形貌及其织构特征,分析了激光立体成形工艺在高性能金属材料加工中的应用。结果表明:激光立体成形TC21钛合金宏观组织属于典型外延生长柱状β晶粒,纤维织构特征比较明显;在沿沉积高度方向上,α相尺寸、形貌、体积分数等有显著不均匀性存在,表明TC21钛合金中α相析出对成形过程热历史更敏感。在β相向α相转变时,有变体选择现象发生。在不加干预时,沉积试样位置不同,则热历史不同。因沉积试样底部温度较低,冷却速度较快,试样温度升高时,α′相分解为细小α+β相。
金属材料 立体成形 激光 钛合金 metal materials solid forming laser titanium alloy 
应用激光
2021, 41(3): 505
作者单位
摘要
1 西安航天动力机械有限公司 陕西 西安 710038
2 西安交通大学 金属材料强度国家重点实验室,陕西 西安 710049
激光焊接技术是提高超高强钢固体火箭发动机加工精度、加工效率和服役安全性的重要技术手段。梳理了国内外超高强钢中厚壁结构全位置激光焊接、单道全穿透焊接、功率调制激光焊接和激光焊熔池动力学仿真模拟等关键技术的研究进展,系统地展示了这些新进展在超高强钢固体火箭发动机壳体激光焊接质量控制方面的潜在应用价值。所述的研究进展可为我国超高强钢固体火箭发动机壳体的优质高效制造提供参考。
超高强钢 固体火箭发动机壳体 激光焊接 全位置焊接 厚板单道穿透焊接 功率调制 ultra-high strength steel solid rocket motor shell laser welding all-position welding thick plate single pass welding power modulation 
应用激光
2021, 41(3): 511
作者单位
摘要
山东理工大学机械工程学院,山东 淄博 255000
为了在水导激光去除不锈钢表面漆层试验中获得能够不损伤基体表面且完全除漆的加工参数,基于材料热物理性参数与温度变化的关系,运用Ansys建立了水导激光对不锈钢基体表面除漆的三维瞬态模型。在仿真加工过程中进行数值模拟研究,得到了加工过程中温度场的分布情况。通过单因素仿真试验找到了激光峰值功率、脉冲宽度和加工速度对温度场分布的影响规律。仿真结果表明,最高温度集中在热源中心,且随着激光峰值功率和脉冲宽度的增大而增大,随着加工速度的增大而减小。根据316 L不锈钢基体最高使用温度及氟碳漆层熔化温度结合仿真温度场分布确定了较优工艺参数,并进行试验,发现仿真预测值与试验结果相近,证明了水导激光对不锈钢基体表面除漆有限元仿真的可行性。
水导激光 316 L不锈钢 氟碳 温度场 除漆 water-guided laser 316 L stainless steel fluorocarbon temperature field paint removal 
应用激光
2021, 41(3): 522
作者单位
摘要
1 广东电网有限责任公司江门供电局,广东 江门 529000
2 武汉理工大学自动化学院,湖北 武汉 430070
绝缘子积污会影响其电气绝缘性能,严重时会发生污闪事故,严重威胁电网的安全稳定运行。基于Nd:YAG 1064 nm脉冲激光清洗绝缘子污秽的方法,通过建立激光清洗绝缘子污秽的有限元仿真模型并开展计算,讨论了激光清洗绝缘子污秽过程中温度场的分布特性。污秽层表面激光光斑中心点温度最高,激光平均功率密度为200 W/cm2时,污秽表面最高温度达到了473 K,光斑周围以及纵深方向温度衰减很快。污秽层表面温度随激光平均功率密度的增加线性升高,随扫描速率的增加呈现指数衰减的规律。同时分析了清洗过程中基底表面的最高温度,认为该过程不会对基底材料造成热损伤。最后进行了试验验证分析,结果表明激光清洗可有效清除污秽层,在合理的清洗条件下不会对基底材料造成损伤。试验中最高温度略高于仿真结果,误差在8%范围内。
激光清洗 绝缘子污秽 温度场 有限元仿真 热损伤 laser cleaning insulator contamination temperature field finite element simulation thermal damage 
应用激光
2021, 41(3): 528
黄伟 *
作者单位
摘要
濮阳职业技术学院,河南 濮阳 457000
对压力容器激光焊接生产线的安全配置方案与应用进行了研究,根据激光焊接生产线工艺规程,配置压力容器生产线安全主要工位设备数量,根据压力容器安全生产、精益生产要求,焊接生产线的布局形式以其生产工艺流程,在整个厂房核心区域,从左往右依次布置。按照激光焊接流程布置主要激光焊接工位,在主要激光焊接工位周边布置辅助工位,相同工序在输送线交叉口布置,减少输送线距离,并进行生产线各主要激光焊接工位专机设计,包括设备配置,对每台专机特点进行论述,包括示教特性、结构特性、激光焊接特性等。在完成整个生产线布局后,车间拥有直行及环形绿色通道,输送线分为交叉直行输送线及主干道输送线,生产连续、流动顺畅、无滞留状态。
配置方案 安全 激光焊接 压力容器 生产线 configuration scheme safety laser welding pressure vessel production line 
应用激光
2021, 41(3): 537
作者单位
摘要
中国航发商用航空发动机有限责任公司,上海 201108
航空发动机钛合金叶片服役损坏后较难修复,采用激光沉积技术对钛合金叶片进行深度修复具有重要意义。试验通过选取合理的激光沉积参数,对修复试样进行力学性能测试。结果表明,修复后的钛合金叶片室温拉伸性能、高周疲劳性能均与同批次锻件水平相当,且修复后叶片变形量为0.13~0.37 mm,满足设计要求。
激光沉积 修复 钛合金叶片 力学性能 laser deposition repair titanium blade mechanical properties 
应用激光
2021, 41(3): 543
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 湖北工业大学工程技术学院,湖北 武汉 430064
利用激光粉末沉积技术成功制备AlSi10Mg铝合金薄壁件。采用粉末负离焦和增大熔覆间隙停留时间的工艺策略,解决铝合金成形过程中熔覆层边缘粗糙、塌陷的问题,并分析薄壁件扫描和沉积不同成形方向上的显微组织和力学性能。结果表明:单道成形的最佳工艺参数为激光功率密度P=370 W/mm2、扫描速度Vs=1.2 m/min、送粉流量Vf=8.5 g/min。薄壁件边缘塌陷程度随熔覆间隙停留时间增大而减小,随着粉末离焦量增大而增大。薄壁件扫描方向的显微组织为细碎的枝晶和少量的等轴晶,沉积方向为粗大的枝晶。薄壁件扫描方向的硬度可达130 HV,抗拉强度可达280.12 MPa,延伸率为12.12%,明显优于沉积方向。
激光粉末沉积技术 薄壁件 粉末负离焦 显微组织 力学性能 laser powder deposition technology thin-walled part negative defocusing of powder microstructure mechanical properties 
应用激光
2021, 41(3): 548
作者单位
摘要
1 江苏师范大学电气工程及自动化学院,江苏 徐州 221116
2 聚时科技(上海)有限公司,上海 201100
为了避免利用2D图像提取特征点并进行三维重建的烦琐,同时满足芯片引脚3D测量指标的高精度要求,采用点云处理技术,提出一种基于法向量差异的点云水平校准方法,将该方法与最小外包围盒算法相结合来剔除芯片内部引脚点云。对剩余点云进行聚类分割后,利用采样一致性算法对芯片各外部引脚、上下表面进行平面方程参数拟合并求解各引脚区域的中点。通过以上获取的数据计算芯片高度、引脚栈高以及引脚翘起度。最后,通过试验验证了所述芯片测量方案的有效性。
芯片测量 点云滤波 法向量 点云分割 平面拟合 chip measurement point cloud filtering normal vector point cloud segmentation plane fitting 
应用激光
2021, 41(3): 556
作者单位
摘要
西安邮电大学通信与信息工程学院,陕西 西安 710121
为了提高用于激光半主动导引系统的四象限探测器对激光光斑中心定位的精度,分析了四象限探测器的定位原理,并对不同光斑模型下常用的定位算法进行了仿真分析。在对传统定位算法进行分析的基础上,针对高斯光斑模型下定位算法的不足,结合标准正态分布的特点,对高斯光斑模型下的定位算法进行了合理的改进。通过仿真分析和设计的实验验证,结果表明,改进后的高斯算法的均方根误差比传统的高斯算法减小了60.4%,在一定程度上提高了对激光光斑中心位置定位的精度和线性范围。
四象限探测器 定位算法 高斯分布 光斑中心 激光半主动导引 four-quadrant detector location algorithm Gaussian distribution spot center laser semi-active guidance 
应用激光
2021, 41(3): 561
作者单位
摘要
山东科技大学测绘科学与工程学院,山东 青岛 266590
针对传统边坡监测方法存在的工作量大、数据不全面,模型建立困难、效果差、精度低等难点问题,提出了三维激光扫描技术和T-样条曲面拟合的边坡变形监测方法。该方法首先利用地面三维激光扫描技术对边坡进行外业扫描,完成对边坡数据的采集;对处理后的点云数据采用T-样条进行曲面拟合,得到五期高精度曲面模型并对边坡体整体进行形变分析;选取边坡体中稳定监测点的形变量与全站仪测量数据进行一致性检验,试验结果证明,三维激光扫描技术和T-样条曲面拟合结合的边坡变形监测方法,满足边坡形变监测要求。
三维激光扫描 形变分析 T-样条曲面 边坡形变监测 3D laser scanning deformation analysis T-splines surface slope deformation monitoring 
应用激光
2021, 41(3): 569
作者单位
摘要
北京化工大学机电工程学院,北京 100029
基于修正的固有应变方法,研究解决热-机械耦合模拟虽结果精度高,但由于计算难以收敛、耗时久等原因,无法预测工业级构件变形的难题。首先,选取小尺寸局部模型模拟激光熔化沉积(LMD)过程,从热-机械耦合计算结果中提取固有应变。其次,利用固有应变法,预测了在一端具有固定支撑约束的基板上单道沉积24层薄壁零件后基板的变形情况,通过与热-机械耦合模拟结果对比,发现固有应变法预测的基板底面中心线上最大变形量的偏差为3.27%,基底自由端变形量的平均偏差为4.15%。同时发现,3 mm为固有应变法中等效数值层的最优高度,其可兼顾计算的准确性和效率。最后,进行了扫描路径的优化,通过对比6种扫描路径,发现层间来回交替扫描模式下的变形量最小。在此基础上,结合固有应变方法,实现了工业级核电应急柴油机凸轮轴在LMD过程后的变形趋势预测。结果表明:凸轮轴两侧变形量最大,为1.47 mm;移除支撑后,两端向上翘曲,最大变形增至2.16 mm,但其最大变形位置没有发生变化。整个计算过程仅耗时9.5 h,这对于实现工业级LMD构件的快速变形预测具有重要意义。
激光熔化沉积 固有应变方法 快速变形预测 数值模拟 laser melting deposition inherent strain method fast distortion prediction numerical simulation 
应用激光
2021, 41(3): 575
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
采用振镜进行加工的激光切割设备,为了提高切割精度,首先需要对振镜进行标定,通行的标定方法是使用振镜在金属片或其他刚性材料上切割出一组具有固定图案(通常被称作mark点)的阵列,然后用相机逐一读取该阵列中每个图案的具体位置,据此计算校正网格并实施校正。圆形和十字形是两种最常使用的mark点形状。对这两种mark点对振镜标定精度的影响进行了对比试验,结果表明,圆形mark点标定的精度更好。在平台重复定位标准差约为1 μm的情况下,圆形mark点标定后的振镜平均误差为1.99 μm,标准差为1.09 μm;十字形mark点标定后的振镜平均误差为2.95 μm,标准差为1.60 μm。
振镜 mark点形状 误差 精度 galvanometer mark point shape error accuracy 
应用激光
2021, 41(3): 583
作者单位
摘要
1 江苏方天电力技术有限公司,江苏 南京 211100
2 东南大学能源与环境学院,江苏 南京 210096
在使用TDLAS技术测量高温燃烧环境下CO2浓度分布时,由于流场的分布非均匀性以及近红外波段的CO2谱线吸收较弱且容易受H2O的吸收干扰,使得二维浓度场的重建测量尤为困难。为解决上述问题,本文提出了一种基于TDLAS技术的非均匀流场二维浓度分布重建方法。该方法利用CO2的吸收谱线R(50)具有R2f/1f在中心频率处的幅值近似满足线性叠加关系这一特点,使用单条谱线的吸收信息结合代数迭代算法,实现了非均匀流场的CO2浓度场重建。仿真与试验结果表明,在正交投影方式下测量的CO2浓度与烟气分析仪测量结果的最大相对误差小于13%,平均相对误差为4.16%,整体分布趋势与烟气分析仪测量的结果相似。
吸收谱线 代数迭代算法 正交投影 TDLAS TDLAS absorption line algebraic iterative algorithm orthogonal projection 
应用激光
2021, 41(3): 590
刘永方 1,2,*张永平 1,2
作者单位
摘要
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津 300072
2 国防科技创新研究院太赫兹生物物理创新试验室,北京 100071
针对单个偶极天线辐射功率低的问题,设计了透镜天线和光电导天线阵列来提高天线的辐射性能。首先,设计了半径为0.5、1.0和1.5 mm的透镜天线,研究了透镜的半径和扩展长度对天线辐射性能的影响。结果表明,当扩展长度与半径比值为0.28时,透镜天线的方向性更好,0.5 mm的透镜天线的峰值增益达到26.1 dB。进一步,设计了2×2光电导天线阵列。通过试验测得阵元的辐射功率约为10 μW,并且阵元的信噪比约为50 dB。试验结果表明太赫兹信号的合成效率接近90%,提高了太赫兹输出功率,从而为设计制作包含更多阵元的小型化天线阵列提供基础。同时,对影响光电导探测天线的噪声因素进行了探讨。
太赫兹 透镜天线 天线阵列 光电导天线噪声 terahertz lens antenna antenna array noise of photoconductive antenna 
应用激光
2021, 41(3): 599
作者单位
摘要
大族激光科技产业集团股份有限公司,广东 深圳 518000
利用场效应管和精密运算放大器组合,改变半导体激光器电流控制输出光功率变化的特性,研发了一种半导体激光器电源控制系统,电源实时数据采集,多路电流输出,反馈调节稳定。采用主动控温策略设计,实时采集温度,与设定温度比较控制风扇转速,保证温度恒定,进一步保证激光器输出光功率稳定。试验表明,电源控制系统电流在0~20 A精密可调,调制频率达50 kHz,输出激光功率误差控制在±2%,具有高频调制性能好、输出稳定、主动控温等优点。
电流控制 主动控温 多路输出 高频调制 current control active temperature control multi-channel output high-frequency modulation 
应用激光
2021, 41(3): 608
作者单位
摘要
1 陕西理工大学物理与电信工程学院,陕西 汉中 723000
2 陕西理工大学电气工程学院,陕西 汉中 723000
3 陕西理工大学机械工程学院,陕西 汉中 723000
为提高一维位置敏感器PSD激光微位移测量的精度和稳定性,设计位移测量试验系统。系统采用PSD作为位移检测传感器,使用OPA211低噪运算放大器设计电流转电压(I/V)信号调理电路,以单片机STM32F103为控制器,控制步进电机滑台移动激光光源,采用ADS1256采集位移信号,实现自动位移及位移测量系统。试验测量结果表明,该系统在0~14 mm范围内具有较好的线性,位移测量误差小,测量误差不超过±20 μm。
位移测量 电流转电压电路 一维位置敏感器 自动位移 displacement measurement current to voltage circuit PSD automatic displacement 
应用激光
2021, 41(3): 614
作者单位
摘要
1 特殊环境机器人技术四川省重点实验室,四川 绵阳 621000
2 西南科技大学信息工程学院,四川 绵阳 621000
针对水面清污机器人对漂浮目标的检测问题,提出了一种将三维激光雷达点云数据与视觉信息融合检测的方法。首先,视觉识别部分采用CornerNet-Lite目标检测网络,通过对大量样本的训练实现水面漂浮物的检测,得到候选目标的种类和置信度。然后,通过相机和激光雷达的标定将激光雷达三维点云数据投影到二维像素平面,并根据相对像素面积大小的概念定义了激光雷达检测目标物的置信度。最后,调整激光雷达和相机检测目标置信度权重比例,构成新的判定置信度,并通过比较判定置信度和设定阈值的大小来判断是否检测到目标。试验结果表明,该方法比单独使用CornerNet-Lite算法的检测准确率更高,消除了水面倒影和波纹的影响,降低了虚警率。
目标识别 激光雷达 相机标定 数据融合 target detection CornerNet-Lite CornerNet-Lite lidar camera calibration data fusion 
应用激光
2021, 41(3): 619
作者单位
摘要
1 盐城幼儿师范高等专科学校,江苏 盐城 224005
2 盐城师范学院物理与电子工程学院,江苏 盐城 224002
3 南京林业大学信息科学技术学院,江苏 南京 210037
在力学性能不均匀环境下,采用Ansys软件,结合试验对激光焊接热效应进行了研究。通过Ansys对单纯激光熔覆、激光-感应复合熔覆应力场进行模拟,应力可减小3/4;但在激光-感应符合熔覆应力场中,由于某种程度上也会促使熔覆的效率出现大幅提升,导致存在感应现象,进而会造成激光区域位置的冷却效果和作用出现大幅降低和减缓趋势,温度不易降低,试验所受热影响区域范围面积会增大,使熔覆速度加快。在加感应后,温度随着冷却进行,其最高值在工件中心位置出现,并不在熔覆层出现,原因是在该位置处是冷却作用的最后反应位置,因而会存在部分压应力,而该压应力参数大小可通过应力场计算求解得到。与实测温度曲线相比较,在红外温度监控系统测温范围为400~1 200 ℃时,模拟温度曲线和其具有较好的一致性。与单纯激光相比,熔覆激光-感应复合熔覆熔池在高于500 ℃时,其存在时间显著变长,从原来1.5 s延长到60 s以上,明显缓解了剧冷剧热现象。在深度方向上,应力分布具有一定的规律,熔覆层和基材材料不同造成线膨胀系数存在差异。随深度增加,应力降低,通过温度场分布可知,工件中心为其最后冷却部位。
热效应 激光焊接 力学性能 激光熔覆 thermal effect laser welding mechanical propertiy laser cladding 
应用激光
2021, 41(3): 629
作者单位
摘要
大族激光智能装备集团有限公司,广东 深圳 518101
同轴送粉激光熔覆是一种在材料表面制备冶金结合涂层,用于提高表面性能的技术。为使粉末流与平顶激光较好地耦合,提高粉末利用率,保证粉末汇聚均匀,利用仿真软件、高速相机和图像处理软件,建立了激光熔覆工艺参数与粉末流在激光聚焦光斑上汇聚质量的关系。利用流体分析软件模拟并结合试验,设计较好的送粉工艺,提高粉末利用率,改善熔覆成形质量。通过三维建模和软件分析,研究了工艺参数对同轴送粉光粉耦合效应的影响,当粉末盘转速为1.2 r/min、载气流速为4 L/min时,粉末流与激光束的耦合形态最佳、粉末流利用率高、收敛特性好、熔覆层形貌较好。
激光熔覆 同轴送粉喷嘴 粉末流 耦合效应 laser cladding coaxial powder feeding power flow coupling effect 
应用激光
2021, 41(3): 636
作者单位
摘要
1 苏州大学机电工程学院,江苏 苏州 215021
2 苏州大学工程训练中心,江苏 苏州215021
为了获得一种匹配3 kW宽带矩形激光器的同轴送粉喷嘴,采用了Fluent软件的离散相模型,对同轴送粉喷嘴粉末通道结构参数开展了四因素四水平的正交仿真试验,研究了结构参数对粉末汇聚浓度与粉斑尺寸的影响。结果表明,宽带同轴送粉喷嘴的粉末浓度在轴向与径向上均服从高斯分布,验证了喷嘴结构的合理性。四因素对粉末浓度的影响效果从大到小为:倾角、垂直高度、收缩角度以及出口间隙。当采用最优结构参数时,喷嘴可以在距离粉末出口24.6 mm的平面上形成一个3.08 mm×3.08 mm大小、最高质量浓度为32.29 kg/m3的矩形粉斑。最终通过送粉试验验证其合理性,为后续激光增材制造试验的开展提供依据及参考。
激光增材制造 宽带同轴送粉喷嘴 离散相模型 正交试验 laser additive manufacturing broadband coaxial powder feeding nozzle discrete phase model orthogonal experiment 
应用激光
2021, 41(3): 643
作者单位
摘要
1 广东工业大学广东省焊接工程技术研究中心,广东 广州 510006
2 广东工业大学广东省焊接工程技术研究中心,广东 广州 510006,
3 广东精泰人防工程有限公司,广东 肇庆 526238
基于Ansys Workbench软件平台,采用热弹塑性有限元法对304不锈钢激光电弧复合焊接试验进行数值模拟,数值计算得到的残余应力及热变形结果与焊接工艺试验结果吻合。分析不同激光功率下温度场与结构场的变化,研究激光功率对复合焊接热变形及残余应力的影响。结果表明:激光功率对复合焊接的最大变形量以及残余应力峰值有影响,激光功率越大,304不锈钢最大变形量以及残余应力峰值越大。由于激光热源的能量输入比较集中,激光功率对热变形及残余应力的分布状态影响不明显。
激光电弧复合焊接 焊接热变形 数值模拟 残余应力 laser arc hybrid welding welding deformation numerical simulation residual stress 
应用激光
2021, 41(3): 651
作者单位
摘要
武汉软件工程职业学院电子工程学院,湖北 武汉 430205
直角内圆锥面全反射镜激光谐振腔由于其特殊的结构,从而具有较好的抗失调特性。选择高功率横流CO2激光器作为数值模拟的模型,采用Fox-Li迭代法对此种谐振腔的输出光束模式进行了分析。当光束在直角内圆锥面全反射镜处发生翻转时,进行了简化计算。由于直角内圆锥面全反射镜会干扰光束的偏振态,所以采用一种矢量分析的方式对输出光束的模式进行了分析。研究发现当选取P光和S光的反射率相差超过3%时,此种谐振腔可得到偏振纯度为1的径向偏振光或角向偏振光。
激光谐振腔 直角内圆锥面 输出光束模式 偏振态 laser resonator 90° cone reflector output beam distribution polarization 
应用激光
2021, 41(3): 657
作者单位
摘要
北京石油化工学院机械工程学院,北京 102617
对管道裂纹检测中的激光超声检测技术应用于X80管道时的测试进行研究,运用基于热固耦合的有限元方法对激光照射管道产生超声的过程进行模拟,得到了脉冲激光源功率密度特性图以及管道表面温度场的分布图,对模拟结果进行分析并得出相关结论。通过研究脉冲激光所激发的超声波在管道中的传播特性,分别得出了超声波在管道表面有裂纹和无裂纹时的振动曲线,阐述了裂纹深度对超声表面波的影响。搭建非接触式试验平台对该模拟方法进行验证,试验表明该方法能有效模拟管道激光超声检测的过程。
管道 激光超声 有限元方法 热固耦合 检测 pipeline thermal solid coupling finite element method laser ultrasonic detection 
应用激光
2021, 41(3): 661
作者单位
摘要
湘潭市计量测试检定所,湖南 湘潭 411100
雾化器雾滴粒径分布作为评价雾化器性能和治疗效果的重要指标,其检测方法对测量结果起到关键作用。通过采用Mie散射改进算法的激光粒度分析仪,研究压缩式雾化器流量、雾化杯、检测载体、检测环境对雾滴粒径分布的影响,试验表明:在检测环境和条件相同情况下,压缩式雾化器输出流量与雾滴粒径分布及占比呈正相关,与相同雾滴体积分布及占比前提下的粒径大小反相关;使用配套雾化杯更能保证有效颗粒集中分布;根据不同载体,只有合理设定粒径分布及占比参数,才能使雾化器的性能检测具有可比性;为避免外界光照环境干扰,应尽量在无外部光线的条件下进行检测,得到的数据才可靠。
雾滴粒径检测方法 压缩式雾化器 激光粒度分析仪 Mie散射改进算法 method for particles size compression nebulizer laser particle size analyzer Mie scattering improved method 
应用激光
2021, 41(3): 669
作者单位
摘要
1 沧州医学高等专科学校口腔系,河北 沧州 061001
2 山东大学齐鲁医院口腔颌面外科,山东 济南 250012
3 福建省莆田市秀屿爱牙口腔门诊部,福建 莆田 351146
为评价低剂量激光治疗对下颌阻生第三磨牙术后并发症的临床效果,搜索CNKI、万方、CBM、Pubmed、Embase、Cochrane library数据库,获得有关低剂量激光治疗下颌阻生第三磨牙并发症的临床随机对照研究22篇,通过Cochrane Handbook 5.1.0“偏倚风险评估”工具进行文献质量评估,采用Review Manager 5.3软件进行Meta分析,以敏感性分析和亚组分析检测异质性来源,利用漏斗图检测发表偏倚。Meta分析的结果显示,低剂量激光治疗在术后第2天、第7天可显著缓解张口受限、术后疼痛和肿胀。按不同照射位置和不同输出功率进行亚组分析,结果显示:口内口外联合照射和口内照射可显著减少术后第2天张口受限、肿胀和疼痛,口外照射不能显著减少术后第2天张口受限、肿胀和疼痛;输出功率≤100 mW可显著减少术后第2天张口受限、肿胀和疼痛,输出功率>100~≤300 mW或>300~≤500 mW可以显著减少术后疼痛,但不能显著减少术后第2天张口受限和肿胀。结论:低剂量激光治疗可以有效缓解阻生第三磨牙拔除术后的疼痛、肿胀和张口受限,照射方式和输出功率可能对效果产生影响。
低剂量激光 阻生第三磨牙拔除 并发症 Meta分析 low dose laser impacted third molar extraction complications Meta analysis 
应用激光
2021, 41(3): 674