华中科技大学机械科学与工程学院，湖北 武汉 430074
激光摆动焊接在抑制气孔缺陷方面的突出作用，为铝合金薄板焊接提供了一种有效技术手段，激光摆动焊接工艺参数的选择对焊接质量及碳排放有直接影响。为实现铝合金薄板搭接焊接的低碳化，对铝合金薄板搭接激光摆动焊接碳排放进行量化，并基于多输出高斯过程构建了表征工艺参数与焊接质量、碳排放之间对应关系的近似模型，在此基础上结合非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）搜索最优的焊接目标，获得对应的最佳工艺参数。经工艺试验验证，在最佳工艺参数下焊缝成形质量得到有效提升，且气孔、熔池下塌、内凹等焊接缺陷得到抑制，焊接过程碳排放有效减少12.99%，而接头最大承载力仅降低2.47%，能够在保障焊接质量的同时显著减少焊接过程碳排放。
激光光学 工艺参数优化 激光摆动焊接 低碳制造 多输出高斯过程 多目标优化 激光与光电子学进展
2022, 59(23): 2314002
1 湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 长沙 410082
2 湖南大学 激光研究所, 长沙 410082
为了解决殷瓦合金焊接中易出现的焊接缺陷问题, 研究了液化天然气(LNG)船用薄板殷瓦合金搭接焊(上下板厚度均为1.5mm)工艺参量。通过设计制造气体保护盒, 采用数值仿真分析和正交试验的方法, 进行了理论分析和实验验证, 取得了殷瓦合金搭接焊最优工艺参量。结果表明, 气孔缺陷在完全保护气下得到有效抑制, 殷瓦合金搭接焊的最优工艺参量为激光功率3.4kW、焊接速率1.3m/min、离焦量+20mm、激光入射角5°、激光光斑能量分布2∶1;在此最优工艺参量下, 焊缝表面呈银白色, 无气孔等缺陷, 焊缝处硬度小于母材但大于热影响区, 拉伸强度为417.16MPa, 达到母材的94.8%, 且仿真结果与试验结果误差较小, 证明了本文中所建立的仿真模型的可靠性。这一结果对殷瓦合金激光搭接焊工艺参量数据库搭建是有帮助的。
激光技术 工艺参量优化 激光自熔搭接焊 Invar36合金材料 laser technique process parameters optimization laser self-fusion lap welding Invar36 alloy meterial
北京空间机电研究所 国防科技工业光学超精密加工技术创新中心(先进制造类)、中国航天科技集团有限公司光学部件制造工艺技术中心, 北京 100096
自由曲面光学元件与球面和非球面光学元件相比能够提供更高的光学设计自由度, 应用于成像光学系统有利于简化系统结构和改善系统质量, 在新一代空间光学遥感领域具有广阔的应用前景。为了满足离轴反射式自由曲面空间光学遥感系统的快速、高精度研制需求, 本文瞄准微晶材质、复杂连续曲面类自由曲面反射镜超声铣磨加工表面粗糙度和亚表面质量的提升目标, 开展了主轴转速、切削深度、进给量等主要工艺参数的优化实验和研究, 完成了300 mm口径自由曲面反射镜的建模分析和超声铣磨加工, 最终铣磨加工表面的面形精度达8.89 μm PV, 亚表面损伤层深度低于18 μm, 实现了自由曲面光学反射镜的高精度、低损伤铣磨加工, 能够有效降低后续研抛加工的材料去除总量, 缩短整个加工周期。
光学加工 自由曲面 超声铣磨 工艺参数优化 表面粗糙度 微晶 optieal fabrication freeform ultrasonic-vibration assisted grinding process parameters optimization subsurface damage zerodour 光学 精密工程
2019, 27(12): 2564
1 湖南大学 激光研究所, 湖南大学 410082
2 湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 长沙 410082
为了找到一种适用于激光修锐砂轮工艺参量预测和优化的方法,采用神经网络和粒子群算法,建立了激光修锐砂轮工艺参量优化模型.首先构建了工艺参量与工件表面粗糙度之间映射关系的神经网络模型,然后基于预测模型采用粒子群算法实现工艺参量优化,最后采用粒子群算法优化获取的5组工艺参量进行了激光修锐试验.结果表明,样本值与神经网络仿真输出值的相对误差小于3%,试验值与期望值的相对误差控制在6%以内.综合说明该优化模型具备良好的优化能力.
激光技术 激光修锐 神经网络 粒子群算法 工艺参量优化 laser technique laser dressing neural network particle swarm algorithm process parameters optimization
上海工程技术大学材料工程学院, 上海 201620
为了预测激光深熔焊T 型接头的焊缝形貌并优化工艺参数，基于响应面分析的方法，建立了激光深熔焊工艺参数与焊缝形貌特征参数之间的数学模型，进行了方差分析、模型验证。基于所建模型，研究了工艺参数对焊缝形貌的影响规律，并对工艺参数进行了优化，从而实现了对焊缝形貌的预测。结果表明，所建立模型能够准确预测焊缝形貌，预测值与实验值误差很小，经优化的工艺参数既满足焊缝形貌要求也可降低热输入约27％。
激光技术 激光深熔焊 T型接头 焊缝形貌预测 参数优化 响应面分析
1 南京航空航天大学机电学院, 江苏 南京 210016
2 铜陵学院机械工程学院, 安徽 铜陵 244000
将反馈型(BP)神经网络和遗传算法(GA)相结合用于激光多层熔覆厚纳米Al2O3-13%TiO2(质量分数)陶瓷涂层的工艺参数优化，根据3因素3水平正交试验结果对神经网络模型结构进行训练，建立了熔覆工艺参数(熔池闭环控制温度、超声振动频率及保温箱预热温度)与涂层性能(结合强度和显微硬度)之间的遗传神经网络预测模型。在此基础上，采用遗传算法对纳米陶瓷涂层结合强度和显微硬度进行了单目标和多目标参数优化。结果表明，遗传神经网络模型预测值与试验值误差较小，相对误差不超过2.5%。遗传算法优化的涂层最大结合强度和显微硬度分别为70.7 MPa和2025.5 HV；在结合强度和显微硬度两者权重相同的情况下，当熔池闭环控制温度为2472.0 ℃、超声振动频率为31.9 kHz和保温箱预热温度为400 ℃时涂层综合性能最优，对应的结合强度和显微硬度分别为69.1 MPa和1835.5 HV。
激光技术 激光熔覆 多层熔覆 厚纳米陶瓷涂层 神经网络 遗传算法 工艺优化
采用旋转中心复合设计进行激光透射焊接热塑性聚合物的试验规划，运用响应曲面法建立焊接工艺参数和焊接强度、焊缝宽度的关系模型，采用满意度函数和遗传算法相结合，对焊接强度、焊缝宽度和焊接成本进行了多目标优化及优化结果的验证。结果表明，优化的预测结果和实验结果取得了较好的一致性，可以为提高焊接质量和降低生产成本提供有效的指导。
激光技术 激光透射焊接 工艺参数优化 多目标优化 响应曲面 满意度函数 遗传算法
采用旋转中心复合设计进行了激光透射焊接热塑性塑料聚碳酸酯的实验设计，分别建立了响应曲面法和基于遗传算法的人工神经元网络法的数学模型，运用这两种数学模型建立激光透射焊接工艺参数(激光功率、扫描速度、夹紧压力、扫描次数)和连接强度的关系模型，然后使用这两种模型分别预测了连接强度，并优化了焊接工艺参数。系统地比较了两种模型的建模能力、泛化能力和优化能力。实验结果表明，两种优化方法的试验结果较接近，但是基于遗传算法的人工神经元网络的建模、泛化和预测的准确性比响应曲面的要好，因此遗传算法神经元网络是优化焊接质量的一种更有效的方法。
激光技术 激光透射焊接 工艺参数优化 响应曲面 人工神经元网络 遗传算法 中国激光
2011, 38(11): 1103006
