通过混合不同粒径、不同比例WC颗粒的纯Co粉末，在不同工艺装备和参数下进行激光熔覆试验及结果检测，证明大芯径、大光斑的半导体激光更适用于金属基硬质合金熔覆。通过降低光斑能量集中度，降低输入功率，减小热输入，增大WC颗粒粒径，降低WC颗粒的热敏感度，能有效抑制WC熔解和分解，减小熔覆层气孔数量和尺寸。采用基材预热或全Ar气保护可降低熔覆层的开裂倾向。全Ar气保护条件下，采用输入功率800 W、扫描速度4 mm/s、送粉率11 Hz参数组，或基材预热400～450 ℃条件下，采用输入功率800 W、扫描速度7 mm/s、送粉率11 Hz参数组，均获得了WC质量分数60%、无开裂、低气孔率的大面积WC-Co激光熔覆硬质合金涂层。

钛合金作为一种具有战略意义的新型金属结构材料, 广泛应用于航空制造领域。本文对航空用钛合金及其激光加工技术的研究应用情况进行综述。重点介绍钛合金在飞机机身、航空发动机、航空紧固件等方面的应用发展情况; 结合航空工业钛合金应用的实际情况, 介绍了几种典型的钛合金激光加工制造技术的应用现状; 并讨论航空用钛合金未来发展趋势。

激光直接零部件标识(Laser Direct Part Marking)技术是一种在工业环境中证实可行,可实现高度自动化且绿色环保的标识技术,已经成为工业产品追溯中产品标识的首选手段。本文基于控制灵活、激光参数调节范围更大的MOPA(MOPA, 主控振荡器的功率放大器)激光标识设备, 按照ISO/IEC TR 29158条码技术标准, 开展激光加工参数(如激光峰值功率、激光单脉冲能量、激光功率、填充间隔、扫描速度等)对激光直接标识(Direct Marking, DM)码质量(如条码等级、对比度、打印伸缩等)影响的研究。通过优化激光加工参数, 实现了在AL2024材料表面标识高质量DM码的激光标识工艺。

本文以民用大飞机蒙皮用TC4钛合金材料为实验对象, 进行了不同切割气体和切割参数下, 1.6 mm厚度TC4板材的激光切割实验, 并对切割的表面质量和相变区进行了检测。研究发现, Ar切割表面呈现白亮的金属色泽, N2切割表面呈现黑灰色; 切割缝附近的相变区由重熔区和热影响区组成, 相同参数条件下, N2切割表面粗糙度小于Ar切割表面粗糙度, 但Ar切割相变区深度小于N2切割相变区, 激光热输入是影响相变区深度的主要因素; 同种切割气体气氛下, 板材下表面附近的相变区深度大于上表面附近的相变区深度。

为了研究TC4钛合金民用大飞机蒙皮材料的激光切割工艺, 分别对0.8mm和1.6mm的TC4钛合金板材进行激光切割工艺试验, 研究了切割后板材热影响区的组织、深度, 试件的拉伸性能及断口形貌。结果表明: 切割速度是影响切割质量的主要因素; 热影响区分为熔化区和非熔化区, 组织与基体完全不同; 热影响区深度受切割工艺的影响较大, 板材下表面的热影响区深度均大于上表面; 热影响区的存在影响板材的拉伸性能, 且热影响区深度越深, 材料的拉伸性能越差; 有无热影响区的试样断口形貌均属于塑性断裂。

采用不同波长皮秒激光器在碳纤维复合材料板材上进行制孔加工, 研究了不同波长(532, 355 nm)、扫描速度(3 000、3 500、4 000、4 500、5 000 mm/s)、加工缝宽(0.4、0.5、0.6 mm)对加工孔表面热影响区、孔锥度、加工时长等加工质量的影响。结果表明: 激光波长越短, 加工孔的表面质量越好, 热影响区越小。在5 mm厚的碳纤维板材上加工直径为3 mm的孔, 当激光波长为532 nm时, 加工孔边缘热影响区大小为200 μm; 当激光波长为355 nm时, 加工孔边缘热影响区大小为70 μm。在不影响加工效率的前提下, 一定范围内, 加工速度越大越好, 缝宽越小越好。当扫描速度为5 000 mm/s、加工缝宽为0.4 mm时, 表面孔边缘热影响区大小仅为33.8 μm, 其孔径上下表面差为184.1 μm, 均为以上所有参数条件下最好效果。

激光熔覆能改善基体材料表面的耐磨、耐热和耐腐蚀等力学及化学性能, 可以延长工件的使用寿命, 节约经济成本。现阶段对于燃气轮机叶轮、叶片的修复工艺有很多, 各有优缺点。从工程应用的角度考虑, 研究了激光熔覆功率对熔覆层表面形貌及稀释率的影响, 并分析了其金相组织。实验结果表明, 在只考虑激光功率, 而其它工艺参数不变的情况下, 熔覆层宽度和高度随激光功率的增大而增大, 稀释率随激光功率的增大亦增大, 并且当能量密度在8.49 kJ/cm2~10.62 kJ/cm2时, 金相组织致密, 无裂纹、气孔等缺陷, 可应用于实际工件修复中。

现代激光焊接加工工艺具有焊接速度快、焊缝强度高等优点, 但伴随而来的各种缺陷也成为限制激光焊接进一步提高的“瓶颈”。通过综述焊缝缺陷的形成机理介绍了焊接过程中物理现象、采集信号与焊接质量之间的关系, 随后综述了不同传感技术的研究现状及发展趋势, 分析了其各自的特点。最后, 明晰了激光焊接过程质量评价方面需要进一步研究的内容。

碳纤维复合材料(CFRP)是由碳纤维和基体组成的二相或多相结构, 具有非均质和各向异性, 且碳纤维的硬度很高, 采用传统的机械加工方式易出现如刀具磨损、复合材料分层、纤维破碎及加工后性能变差等问题。使用激光加工可以克服其技术方面所面临的各种困难, 但由于CFRP中碳纤维增强体在热膨胀系数、气化温度等热力学性能方面与基体存在相当大差异, 激光加工过程中易出现热影响区、纤维拔出、复合材料分层、纤维末端膨胀等热损伤缺陷, 严重影响CFRP的静态强度, 导致激光加工CFRP面临巨大挑战。综述了国内外降低激光加工碳纤维复合材料的研究现状, 通过采用短脉冲、短波长、重复频率高的激光光源, 以及提高加工速度、改进加工路径、一定压力的吹气等多种方法降低激光与材料的作用时间, 从而减少热效应。

研制了一款模块化便携式的激光诱导荧光的检测仪。本检测仪以光纤耦合的稳谱405 nm LD激光器作为激发光源, 以改进的共聚焦光学结构的荧光探头作为荧光的收集模块, 微型光栅光谱仪作为荧光光谱分析模块。该检测仪采用模块化结构, 具有体积小、成本低、灵敏度高 、易操作等特点。 以荧光素钠为测试样品, 对仪器进行了评估。水的拉曼S/N值为935.67, 检测仪的最低检出限为1.9×10-11 g/L; 溶液浓度在10-10到10-12 g/L的范围内, 荧光强度的线性相关系数达到0.999 8, 线性范围超过3个数量级; 重复性测试中, 荧光峰值强度的相对标准偏差为RSD=3.36%, 荧光波长相对标准偏差RSD=0.14%。结果表明该检测仪具有灵敏度高、重复性好、线性范围宽等特点, 满足现场物品的实时快速检测需求。