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
应用激光 第41卷 第5期
飞秒激光加工具有脉冲作用时间短、峰值功率高、热影响区小的特点, 但在材料去除过程中仍然存在热累积效应。脉冲间的热累积效应对加工质量及热影响区均有直接影响。采用飞秒脉冲激光对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)进行扫描刻蚀试验, 运用三维传热模型对脉冲光斑作用区域温度场进行研究, 进而对飞秒激光的热累积效应进行探讨。结果表明:脉冲能量及重复频率对热累积的影响较为显著; 三维传热模型的计算结果与试验结果基本吻合, 对飞秒激光加工CFRP材料中的热累积效应控制具有指导意义。
飞秒激光 CFRP复材 材料去除 热累积效应 femtosecond laser CFRP composite ablation of material heat accumulation 采用1 060 nm MOPA激光器对铝合金(2024)进行标识。研究了不同功率下DM码的质量等级和对比度, 使用扫描电镜(SEM)观察了标识的表面形貌, 使用能谱仪分析了标识表面的成分组成。通过SEM分析, 得到在DM码质量等级较高的标识表面, 材料被熔化、气化、烧蚀, 有大量孔洞和颗粒状物质存在, 而在DM码质量等级较低的标识表面, 材料仅仅被重铸, 表面呈波纹状; 通过EDS分析, 得到在DM码质量等级较高的标识表面, 材料中氧元素含量升高, 说明熔化、气化的金属发生氧化反应, 而在DM码质量等级较低的标识表面, 材料中氧元素增加较少, 说明在此条件下金属氧化反应较少。对材料的烧蚀阈值进行计算, 为试验提供理论指导。
激光直接标识 形貌分析 机理 laser direct-part marking MOPA MOPA Al2024 Al2024 morphology analysis mechanism analysis 采用高功率光纤激光对15 mm厚2A12铝合金开展了激光切割工艺试验, 系统研究了离焦量、切割速度、辅助气压、激光功率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形貌作为依据评判切割质量。首先通过单因素试验, 确定了离焦量、切割速度、辅助气压、激光功率的最佳参数区间; 然后对较佳工艺参数进行试验优化, 即对正离焦和负离焦进行对比试验, 选出最佳的离焦量与切割速度的参数组合。针对15 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2 000 mm/min, 辅助气压1.8 MPa, 喷嘴直径3.0 mm, 喷嘴高度0.8 mm, 离焦量+4 mm。
高功率激光切割 2A12铝合金 单因素试验 切割质量 high power laser cutting 2A12 aluminum alloy single factor experiment cutting quality 研究了层厚对选区激光熔化(SLM)成形18Ni300马氏体钢粗糙度、致密度、显微组织和力学性能的影响规律。结果表明:在激光功率和扫描间距一定的条件下, 当层厚≤50 μm时, 致密度随激光体能量密度的下降呈现先升高后降低的趋势; 当层厚≥70 μm时, 致密度随激光体能量密度的下降逐渐降低。随层厚的增大和扫描速率的降低, SLM成形过程中的冷却速率逐渐下降, 晶粒尺寸逐渐增大。通过优化工艺参数, 在层厚为30~70 μm时均能成形致密(≥99.0%)的18Ni300试样, 其硬度、断裂强度和延伸率均随层厚的增加而逐渐降低, 且拉伸断口均呈塑性断裂机制。
层厚 选区激光熔化 18Ni300马氏体钢 显微组织 力学性能 layer thickness selective laser melting 18Ni300 maraging steel microstructure mechanical property 使用激光点云数据可以得到较精确的地形数据, 而目前激光雷达主要应用单波段脉冲, 无法提供充分、有效的光谱信息。将激光点云数据与输电线走廊信息提取相结合, 针对输电线走廊地物特征, 根据点云信息三维数据对具有不同几何特征的地物进行识别, 设计了一种基于机载激光点云数据的输电线走廊自动识别技术。首先通过计算点云曲面特征及邻域半径内维数特征, 对线状目标的输电线进行选择提取; 其次采用布料滤波的方法对地面、植被点云实现区分, 并根据杆塔先验坐标信息构建圆柱体模型确定杆塔点; 最后通过试验验证所提的方法。结果表明整体分类精度较高, 在识别输电线、杆塔、植被及地面四种地物下, 用户精度分别达到95.29%、82%、95.84%及94.3%, 制图精度分别达到98.54%、95.64%、98.3%及85.38%。研究结果可为多类型输电线走廊识别提供一定的借鉴价值。
激光点云 电力巡检 点云识别 特征提取 laser point cloud electric power inspection point cloud recognition feature extraction 高能量脉冲激光水下激发声源信号具有脉宽窄、频带宽的特点, 激光能量在允许的范围内波动时, 激光声信号频域能量分布保持稳定。利用小波包技术对激光声信号在目标物上的回波进行分析, 提取声目标特征信息, 可以达到目标识别的目的。选用db4小波基, 对激光声信号进行4级小波包分解; 将分解后的信号进行能量特征提取, 分析声信号频域能量分布特征; 为了获得激光声信号在目标物上反射前后的时域特征变化情况, 对分解后不同节点信号进行重构, 进行重构信号与原始信号的相关分析, 确定信号的有效滤波频段。数据分析表明, 小波包分析方法可有效地对激光声信号的瞬态特性进行分析, 根据能量特征值选取信号滤波频段可对信号进行有效滤波, 实现了水下不同目标物的分类识别, 可为激光致声水下目标探测研究提供参考。
激光水下致声 小波包分析 能量特征提取 小波重构 相关分析 laser induced acoustic underwater wavelet packet analysis energy feature extraction wavelet reconstruction correlation analysis 为解决现有测量接触网隔离开关角度的电子式传感器取电难、易受电磁干扰等问题, 采用光纤传感器设计了一款用于测量隔离开关角度的传感器, 利用以直代曲的思想, 将接触网隔离开关的旋转角度转换为光纤测距的方式进行测量, 采用曲线拟合算法对所设计的光纤角度传感器存在的非线性进行补偿, 并将补偿后的光纤角度传感器同高精度霍尔角度传感器一起安装在SBE27.5kV/2 000A隔离开关上进行试验测试。试验结果表明:相比于常用的BP神经网络, 经曲线拟合算法校正后的光纤角度传感器拟合度由92.47%提高到了99.94%, 线性度由9.66%提高到了0.84%, 光纤角度传感器的精确度达到了0.677。表明该方案具有较高的精确度和较强的可行性, 适用于对接触网隔离开关分合闸的检测。
光纤光学 光纤角度传感器 曲线拟合 非线性补偿 接触网隔离开关 fiber optics fiber optic angle sensor curve fitting non-linear compensation catenary isolation switch 根据双目立体视觉的三维重构原理, 如果能获得致密的三维点云数据, 就可以确定三维物体表面形状的特征。因此, 提出一种改进天牛须的图像配准方法, 首先采用SURF算法对双目拍摄的图像进行特征点的提取, 利用返回的二进制或从强度图像中提取其特征向量及特征向量对应位置。再由正态分布统计两幅图像特征点对应程度, 剔除不满足设定百分界值的数据, 最后将两张图之间的关系矩阵作为改进天牛须算法的目标函数, 计算出双目立体视觉中左右图像之间的转换关系。通过图像分割等方式寻找其中一幅图中的内侧面二维点云数据, 使用关系矩阵计算得到对应二维点云数据, 最终重构出内侧面的三维点云数据。由图像对比分析可知, 相比通过寻找对应点计算关系矩阵从而配准图像的SURF算法, 采用计算出的旋转平移矩阵进行配准更加精准。
图像配准 双目立体视觉 特征点检测 天牛须 三维重构 image registration binocular stereo vision feature point detection BAS 3D reconstruction 针对Cartographer算法在多传感器数据处理中, 存在点云中的离群点和噪声影响点云匹配的精度, 以及位姿融合算法精度不高的问题, 提出一种基于混合滤波算法和速度积分位姿融合的改进Cartographer算法。首先, 改进选点策略优化体素滤波算法的重采样过程, 提高滤波效率, 并引入直通滤波和半径滤波, 提出一种混合滤波算法, 提高点云质量。然后, 在融合观测位姿、里程计数据和惯性测量单元数据的算法中, 引入速度积分改进位姿融合方法以提升点云匹配的准确性。最后, 在使用数据集验证算法回环检测性能和定位精度的测试试验中, 比较改进算法、Cartographer和A-LOAM三种算法, 试验结果表明改进算法构建的地图更精确, 轨迹误差小。因此, 提出的算法对于提高定位精度和建图质量具有可行性和有效性。
同步定位与地图构建 点云滤波 多传感器位姿融合 simultaneous localization and mapping Cartographer Cartographer point cloud filtering multi-sensor pose fusion 传统的船舶平直板材测量利用皮卷尺人工测量, 该方法精度低、误差大并且依赖于测量人员的经验。由于平直板切割多为大型板材, 因此接触式测量方法无法广泛应用。采用嵌入式线激光视觉传感器结合数控机床, 提出大型船舶平直板材柔性测量方法, 可以解决上述问题。由线激光视觉传感器扫描板材, 通过获取的机床的实时坐标和视觉传感器-机床相对关系标定结果, 使得到的点云数据统一在机床坐标系中, 通过改进的点云边界轮廓特征提取方法来实现对被测板边界特征的快速准确提取, 由边界轮廓点拟合直线并计算尺寸。试验表明, 该方法测量板材的尺寸误差小于0.1 mm, 重复性精度高于0.2 mm, 满足测量要求。
船舶平直板 线激光测量 柔性测量 点云处理 ship flat board line laser measurement flexible measurement point cloud processing 为有效抑制混沌信号的时延特征(TDS), 提出一种基于半导体环形激光器(SRL)滤波光反馈的结构。利用四阶龙格-库塔方法对模型进行了数值仿真, 并用自相关函数和延迟互信息对SRL输出混沌信号的TDS进行了量化。研究表明, 与普通光反馈结构相比, 滤波光反馈能有效消除由于外腔反馈延迟时间引起的TDS。通过计算自相关和互信息峰值在滤波频率失谐和滤波带宽构成的参数空间中的分布, 发现在正频率失谐区域TDS抑制效果最好。
非线性光学 半导体环形激光器 滤波光反馈 混沌 时延特征 nonlinear optics semiconductor ring laser filtered optical feedback chaos time-delay signature 应用激光诱导击穿光谱仪(LIBS)对土壤样品中稀土元素进行定量分析, 以国家一级土壤标准物质为研究对象, 试验激光输出能量、脉冲延迟时间、光斑直径、激光频率、保护气(He)的流量等仪器工作条件对测定结果的影响, 通过归一法(测定值和认定值相比)评价工作参数对测定结果的影响, 对比发现激光输出能量和脉冲延迟时间对分析结果影响较大, 并优选出仪器最佳的工作条件:激光输出能量1.6 mJ、脉冲延迟时间0.1 μs、光斑直径70 μm、激光频率20 Hz、保护气的流量0.3 L/min。以此工作参数, 选择10个国家一级土壤标准物质, 采用多变量做校正曲线, R值均大于0.99, 校正曲线的线性关系良好, 能够准确定量土壤样品中的稀土元素。
激光诱导击穿光谱仪 仪器工作参数 土壤样品 稀土元素 laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) instrument working parameters soil sample rare earth elements 结晶器振动台是连铸设备的心脏, 其性能评价是研究结晶器振动台的关键所在。为评价结晶器振动台动态性能, 首先, 开发出基于激光位移动态实时测试系统, 对结晶器振动台整体运动过程进行测量; 其次, 测得原始位移数据后, 利用数据处理软件对位移数据进行处理, 来评价结晶器振动台的振动动态特性; 最后, 测试方法现场实施后, 经过对测试数据处理, 能够很好地评价出不同拉坯速度下现场结晶器振动台的性能差异, 为现场结晶器的检修和维护提供指导。
结晶器 激光位移传感器 振动位移测量 动态特性评价 数据处理 crystallizer laser displacement sensor vibration displacement measurement dynamic characteristic evaluation data processing 为了实现表面V形裂纹的定量检测, 采用有限元的方法研究了激光激发的超声表面波与表面V形裂纹的作用机理, 在反射回波信号中提取了与表面裂纹长度和角度有关的特征信号。分析了裂纹的角度和长度变化对表面波信号的影响, 并对时域信号进行了时频分析, 提出了一种利用反射表面波定量表征表面V形裂纹长度的方法。数值结果表明, 随着裂纹长度的增加, 反射回波的到达时间差也线性增加, 透射表面波对裂纹角度的变化比较敏感。通过反射回波到达的时间差与裂纹长度之间的关系可以快速判断裂纹长度, 并定量表征出相应裂纹的长度。数值结果与理论结果有很高的吻合度, 为表面V形裂纹长度的定量检测提供了一种高效准确的方法。
激光超声 表面裂纹 时频分析 表面波 laser ultrasonic surface crack time-frequency analysis surface wave 隧道结(TJ)是高压垂直多光伏电池(HVVMPC)的关键技术之一。开展了基于掺硅和掺碲AlGaAs/GaAs TJ制备的HVVMPC的性能对比研究。构建测试系统, 对两种器件在不同光功率和温度下的输出性能进行了比较研究, 分析得到两种器件的功率系数和温度系数, 结果表明掺Te的HVVMPC具有较高的效率。在此基础上, 还讨论了不同偏压下的串联电阻、不同掺杂浓度和亚电池厚度对HVVMPC外量子效率(EQE)的影响, 以及电流失配特性与温度的关系。基于相关分析和讨论, 为对包含更多子单元的HVVMPC进行优化提供了思路。
隧道结 掺杂Te 掺杂Si 高压垂直多光伏电池 tunnel junction Te-doped Si-doped HVVMPC 去污和拆除是核设施退役的关键环节, 需要使用先进的技术及装备, 以实现安全、高效和退役废物最小化的目标。本文介绍了包括激光去污、激光剥离及激光切割在内的一系列激光技术在核设施退役中的应用研究情况, 分析了各技术的特点和适用范围, 并就未来核设施退役中激光技术的发展趋势和值得深入探讨的问题进行了展望。
退役 激光技术 研究进展 decommissioning laser technology research progress 针对现有标定方法存在的成本高、步骤烦琐、鲁棒性小、精度低等问题, 建立了立体视觉检测系统并提出了一种基于高精度异形量块的二次标定方法, 基于GA-BP算法对该系统进行误差补偿。首先, 利用二次标定算法求解由单目CCD和激光器组成的系统内像素坐标系到世界坐标系的转换关系。接着, 采用基于海森矩阵的激光条纹提取方法, 完成对激光投射器所投出光平面与高精度异形标定块相交的光平面上的棱线图中心线提取。最后, 利用GA-BP神经网络算法对立体视觉检测系统采集的数据进行误差补偿。试验结果表明:异形块宽度和深度在补偿后的精度均在0.05 mm以内, 立体视觉检测系统稳定可靠、精度高、抗干扰能力强。
二次标定算法 线结构光 条纹中心提取 GA-BP算法 误差补偿 secondary calibration algorithm line structured light fringe center extraction GA-BP algorithm error compensation 光纤模式耦合器因其较宽的波长带宽、高效率的模式耦合成为全光纤超短脉冲涡旋光束产生的首选。首先研究了单模光纤、少模光纤以及空心光纤的矢量模式特性, 并分别设计了用于掺镱光纤激光器的单模-少模光纤(SMF-FMF)模式耦合器和单模-空心光纤(SMF-HCF)模式耦合器。然后, 采用数值仿真软件研究了模式耦合器的耦合特性, 分析纤芯间距与耦合效率的关系。仿真结果表明:SMF-FMF模式耦合器可以将LP01模式转化为LP11/LP21模, 且耦合效率大于96%; 而SMF-HCF模式耦合器可以将HE11转化为HE21/HE31模, 其耦合效率超过82%。SMF-FMF模式耦合器和SMF-HCF模式耦合器的设计为掺镱锁模光纤激光器获得大拓扑荷超短脉冲涡旋光束奠定了基础。
涡旋光束 光纤模式耦合器 少模光纤 空心光纤 vortex beam fiber mode coupler few mode fiber hollow core fiber 目前常见的三维车辆模型重建算法, 是通过机械旋转激光雷达进行即时扫描采样, 获取的点数有限, 且由于混合固态激光雷达独特的扫描特性, 即时扫描采样的车辆点云会出现点迹杂乱、车辆模型形变等问题。故本文提出一种基于混合固态激光雷达的动态车辆三维模型重建算法, 在常规三维车辆模型重建算法的基础上, 对目标车辆进行目标追踪、车辆补偿, 将车辆经过探测区域的所有激光点回溯到车辆的3D轮廓中, 并使用3DReshaper软件进行车辆模型重建。同时, 为了验证算法的可靠性, 对试验车辆在不同车速下进行多次测试, 验证得到示值相对误差均小于1%, 重复性均小于3%, 说明此算法测量准确高, 且具有较好的稳定性。
混合固态激光雷达 车辆三维模型 点云数据 点云回溯 hybrid solid state lidar three dimensional vehicle model point cloud data point cloud backtracking 视网膜动脉炎伴多发性瘤样动脉扩张(IRVAN)是一种临床上少见的疾病, 治疗上比较棘手, 自然预后较差。报道一位55岁女性患者,因“双眼视力下降2年余, 右眼视物变形约50天”入院。眼底可见双眼视网膜表面大量黄白色片状硬性渗出, 右眼颞上方及左眼视盘可见血管瘤样扩张, 右眼黄斑区可见膜状皱褶。该患者主要诊断为双侧视网膜动脉炎伴多发性瘤样动脉扩张。予双眼视网膜无灌注区行局部激光光凝治疗。激光术后, 患者视力提高、黄斑水肿减轻、硬性渗出减少。经过近2年的随访, 患者病情稳定。激光治疗IRVAN 综合征是一种有效的方法。
视网膜动脉炎伴多发性瘤样动脉扩张 激光治疗 病例报告 idiopathic retinal vasculitis aneurvsms and neuror laser photocoagulation case report 低能量激光治疗(low level laser therapy, LLLT)在口腔领域应用日益广泛, 其操作相对简单、无创。研究表明, LLLT具有抗炎、减轻疼痛、加速组织愈合、生物调节等能力。有研究认为LLLT的细胞分子机制主要与线粒体的数量和活性有关, 通过提高ATP的产量, 调节细胞的新陈代谢。其中较多学者认为LLLT可加速正畸牙移动和牙槽骨的改建, 包括破骨细胞、成骨细胞数目的增加以及胶原的沉积, 加快牙移动速度, 缩短正畸疗程。深入研究LLLT在正畸牙齿移动中的应用, 具有重要的临床和科研意义。结合参考文献, 就LLLT的作用机制及其在促进正畸牙移动方面的相关研究作简要综述。
低能量激光治疗 正畸 牙齿移动 骨质改建 low level laser therapy orthodontics tooth movement bone remodeling 近年来, 常见肿瘤病例数量逐渐增多, 基于光动力疗法的设备不断发展。本文介绍了光动力疗法的基本原理及条件, 对半导体激光光动力设备关键指标的控制方法进行了阐述。通过设计临床试验, 验证半导体激光光动力设备在消化道肿瘤治疗中的有效性和安全性, 根据试验数据, 临床有效率高达94.44%。
半导体激光光动力 系统控制 临床应用 semiconductor laser photodynamic system control clinical application 为阐明全熔透状态下工艺参数对激光-MAG复合焊接焊缝成形的影响, 以6 mm厚的AH36高强钢为试验材料, 采用碟片激光与MAG电弧复合的方法进行焊接, 开展高焊速全熔透状态下的焊接工艺研究, 分析了送丝速度、激光功率、焊接速度等工艺参数对焊缝成形及接头力学性能的影响。结果表明:一定范围内, 增大送丝速度或激光功率能减少底部驼峰; 在激光功率为6.5 kW、送丝速度为8 m/min、焊接速度为2.5 m/min时, 得到的焊缝成形良好且无焊接缺陷。焊缝区域显微硬度高于母材, 焊接接头抗拉强度高于母材。
复合焊接 激光 AH36高强钢 焊缝成形 力学性能 hybrid welding laser AH36 high strength steel welding formation mechanical properties 水下原貌修复是核电厂乏燃料水池和内置换料水箱修复的优选方案之一。采用第三代核电站乏燃料水池用S32101双相不锈钢母材以及ER2209不锈钢焊丝, 进行了V形坡口激光填丝焊接修复工艺的试验探索, 并对焊缝性能进行了综合检测, 主要结论包括:激光填丝焊接+激光再热的复合焊接工艺可以获得外观良好的焊缝成形, 焊缝组织主要由铁素体及奥氏体构成; 参照核电建造标准, 焊缝的室温拉伸、高温拉伸、低温冲击、铁素体含量和耐晶间腐蚀性能均满足要求。研究结论为核电厂乏燃料水池和内置换料水箱的水下焊接工艺研究奠定了良好基础。
S32101双相不锈钢 V形坡口 激光填丝焊接 焊缝性能检测 S32101 duplex stainless steel V-groove laser wire filling welding weld performance test 通过激光熔覆技术, 在40Cr10Si2Mo钢表面制备含有稀土Y2O3的Ni基WC熔覆层, 比较不同Y2O3含量对熔覆层的宏观形貌、显微组织、物相组成、显微硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明:Y2O3可增强熔池的流动性, 降低多道搭接熔覆层的首道高度, 优化熔覆层中的组织, 净化熔覆层; Y2O3的添加可以提升熔覆层的硬度与耐磨性, Y2O3添加量(质量分数)分别为0.5%、1.0%、1.5%的熔覆层与未添加Y2O3的熔覆层相比, 平均硬度分别提高了10.1%、22.3%、18.4%, 磨损量分别下降了9.7%、26.7%、12.7%, 在Y2O3添加量为1.0%的情况下, 所得到的熔覆层缺陷最少, 耐磨性能最好。
激光熔覆 稀土 Ni基WC 耐磨性 laser cladding rare earth Ni-based WC wear resistance 为了优化Fe-Cr-Ni粉末激光熔覆工艺参数, 选取激光功率、扫描速度、送粉速度和离焦量四个因素设计三水平正交试验方案L9(43)并安排试验, 以表面形貌、稀释率及显微硬度为评价指标, 通过综合计分法确定最佳工艺参数, 并分析优化工艺下熔覆层的组织形态、显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明, 最佳工艺参数为:激光功率2 400 W、扫描速度5 mm/s、送粉速度20 g/min、离焦量+5 mm; 最佳工艺熔覆层以细小的胞状晶(晶粒尺寸约为8 μm)与柱状晶(晶粒尺寸约为17 μm)为主, 基材由晶粒尺寸27 ~50 μm的铁素体和珠光体构成; 熔覆层平均硬度为633 HV, 是基材硬度的3.6倍; 熔覆层平均摩擦因数是基材的51%、磨损失重为基材的37.1%, 表明熔覆层减摩与耐磨性能良好。
激光熔覆 工艺优化 正交试验 Fe-Cr-Ni粉末 摩擦磨损 laser cladding process optimization orthogonal test Fe-Cr-Ni powder friction and wear 通过Ni35+11%WC粉末来增强45钢齿轮的表面性能和延长使用寿命, 为45钢齿轮表面改性提供参考。采用同步送粉法在45钢表面制备不同激光功率和扫描速度的涂层。通过对比不同涂层宏观形貌、几何尺寸和稀释率, 测试不同扫描速度下的硬度, 并利用XRD衍射仪、金相显微镜对其涂层和截面进行XRD物相和组织分析。结果表明:激光功率900 W、扫描速度2 mm/s, 送粉速率1 r/min时, 涂层出现柱状树枝晶、等轴晶组织, 由γ-(Ni, Fe)固溶体、Mn7C3、Cr23C6、W2C、W和Cr3C2组成; 涂层与基体之间冶金结合良好, 涂层最高硬度786.6 HV(2 N加载力), 平均硬度737 HV, 涂层平均硬度较基体提高了2.81倍。
激光熔覆 显微组织 硬度 laser cladding Ni35+11%WC Ni35+11%WC microstructure hardness 在304L粉末中加入不同含量的稀土La2O3, 利用激光熔覆技术在45钢表面制备涂层。比较不同含量稀土La2O3所制备涂层的显微组织、物相组成、显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明:稀土可以加快熔池的流动性, 增加组织的紧密性, 提高熔覆层的硬度, 减小摩擦因数与磨损量。稀土La2O3含量(质量分数)为0.5%、1.0%、1.5%的涂层与未加入稀土的涂层相比, 1%稀土含量的熔覆层性能最佳, 其晶粒组织更加细小、均匀, 平均硬度提高了20.6%, 摩擦因数与磨损量分别下降了14.2%、24.9%。
激光熔覆 稀土 45钢 laser cladding rare earth 304L 304L 45 steel 紫外激光刻蚀单晶硅片时, 热传导作用和等离子热效应等多种作用机理共同决定刻蚀效果, 热传导作用导致材料的熔化和气化, 等离子体热效应导致材料破碎和抛出。从理论上分析各种作用机理中相关工艺参数的作用, 并针对不同的工艺参数进行测试, 综合分析各个工艺参数在刻蚀过程中对刻蚀质量的影响, 在此基础上, 为寻找最优刻蚀工艺参数和最佳刻蚀效果提供指导原则, 通过试验验证指导原则的合理性,并得到刻蚀硅片的最优刻蚀工艺参数。试验可知, 单个激光脉冲的功率密度和频率对槽深和槽宽影响最大, 单个激光脉冲的功率密度和扫描速度对槽的成形质量影响最大。
紫外激光 单晶硅硅片 刻蚀 工艺参数 UV laser monocrystalline silicon etching process parameters 铁基非晶带材是一种新型结构功能材料, 具有优异的磁性、耐磨性、强度和硬度等。采用波长355 nm的纳秒紫外激光对Fe78Si9B13非晶薄带进行激光切割, 研究激光脉冲频率、脉冲宽度和切割速度对切缝宽度和热影响区宽度的影响规律。结果表明, 在一定范围内, 增加切割速度能够减少切缝和热影响区宽度, 提高切割效率; 切缝和热影响区宽度随脉冲频率的增大而减小; 随着脉宽的增加, 切缝宽度呈下降趋势, 而热影响区宽度呈上升趋势。热分析结果表明部分样品的热影响区域发生晶化反应。
紫外激光 铁基非晶带材 切割质量 热影响区 ultraviolet laser Fe-based amorphous ribbon cutting quality heat-affected zone 增材制造技术生产的零件结构复杂, 通常兼具悬垂特征结构和对称结构。为了保证对称结构的机械性能, 同时避免悬垂特征结构造成的成形缺陷, 成形前需要从零件模型中提取特征结构进行特殊工艺控制。结合零件模型的切片分层特点和STL模型的网格信息, 提出一种悬臂倾斜角的计算方法, 高效地识别悬垂区域; 设计空间曲面包围盒精确提取特征结构, 并在三维建模软件下实现操作。最后选择典型的对称零件验证方法, 并采用SLM增材制造技术打印出有较好成形质量的零件, 结果表明该方法具有可行性和有效性, 能提高零件的处理能力, 并改善成形质量。
增材制造 悬垂结构 区域识别 对称零件 STL模型 additive manufacturing overhanging structure feature recognition symmetric part STL model 将稳健设计方法应用于激光微细打孔工艺, 以克服不确定因素带来的成形质量波动问题。通过考虑激光打孔工艺中噪声因素(加工时间、气体气压等)的随机不确定性对3个可控设计变量(脉冲能量、脉冲宽度和离焦量)的影响, 对孔型出口直径进行了分析性稳健优化设计。首先, 通过正交试验设计, 利用响应面模型建立了质量指标与参数之间的显示二次回归方程; 其次, 运用泰勒级数展开, 得到指标的期望和波动方差, 建立了以方差最小为目标和期望值为约束的稳健优化设计模型; 最后, 结合MATLAB优化算法得到工艺参数的最佳组合, 并与确定性优化对比, 验证了所采用的优化方法具有良好的效果。
激光打孔 工艺参数 响应面 稳健优化 laser hole-punching process parameter response surface robust optimization 研究氩气氛围下钛合金Ti6Al4V激光抛光作用机理对提高材料表面质量和使役性能具有重要意义。采用纳秒脉冲光纤激光器以弓字形扫描路径抛光8 mm×8 mm局部钛合金区域。运用偏光显微镜、光学表面轮廓仪观察抛光后材料表面形貌并测量材料表面粗糙度, 研究不同平均功率、光斑重叠率、脉冲宽度、扫描次数及不同原始表面粗糙度对钛合金表面粗糙度的影响规律。通过全自动显微硬度仪、扫描电子显微镜、X射线衍射分析仪分析抛光后材料钛合金Ti6Al4V组织性能。试验结果表明:随着激光平均功率、光斑重叠率和扫描次数的增大, 钛合金表面粗糙度先减小后增大。随着脉冲宽度的增加, 钛合金表面粗糙度呈下降趋势。原始表面粗糙度越大, 抛光后表面粗糙度缩减率越大; 原始表面粗糙度越小, 抛光后表面粗糙度越小。试验获得的最小钛合金表面粗糙度Ra=0.164 μm, 表面粗糙度缩减率为60%, 抛光后材料表面显微硬度相对于基体提高了6%。抛光后钛合金表面组织由白色等轴状转变为细针状马氏体。
抛光 纳秒激光 表面性能 polishing nanosecond laser Ti6Al4V Ti6Al4V surface properties