在410不锈钢阀座密封表面激光熔覆Co基合金涂层, 进行金相分析、硬度测试、扫描电镜观察, 分析不同Co基粉末在不同的工艺参数下的成形性和组织、性能, 以及后续热处理对激光熔覆层的影响, 并对得到的改性层进行摩擦学性能测试。结果表明, Co-1和Co-2为主体粉末制得到的熔覆材料具有良好的成形性, 随着扫描速度增大, 熔覆层宽度减小, 硬度增大, 裂纹敏感性增大; 热处理对熔覆层硬度影响不大, 但能够明显降低HAZ的硬度。优化工艺为激光功率3.5 kW, 扫描速度100～150 mm/min, 利用Co-1和Co-2为主体粉末制得的熔覆材料进行激光熔覆, 然后进行高温回火, 可在不锈钢表面获得成型性和耐磨性优异的熔覆涂层。

采用预置粉末的方法, 在700 MPa钢板表面利用激光熔覆技术制备了含氮Fe基非晶复合涂层。通过分析扫描速度及功率对熔覆层显微硬度的影响, 发现只有在适当的扫描速度下制备的熔覆层才具有较高的显微硬度; 而在一定扫描速率下, 当激光功率在1.5 kW时制备的熔覆层具有相对较高的显微硬度。与此同时, 讨论了微合金元素Nb的添加以及N元素的含量对熔覆层显微硬度的影响。

TC4(Ti-6Al-4V)钛合金表现出了非凡的高比强度和良好的抗氧化性能, 这使它们可用于航空航天和石油化工领域。然而, TC4较低的耐磨性, 限制了它们在摩蚀环境中的应用。在众多的表面改性技术中, 激光渗氮由于可控并且可以对指定区域渗氮处理, 对环境无污染因此受到了极大的重视。本文通过采用Nd:YAG脉冲激光对在不同比例的氮和氩的混合气体中进行TC4合金表面氮化处理, 探讨了氮气浓度等对氮化层组织和硬度的影响。结果表明, 激光合金化试样存在组织不同的三个区域, 分别为熔融区、热影响区和基材。熔融区由钛合金基体和TiN组成, 其中TiN呈现树枝晶形态, 枝晶为定向生长的柱状晶, 在熔融区的底部, 枝晶以细小的针状枝晶形式存在; 熔融区存在明显的裂纹, 这些微裂纹是由于表面受激光脉冲作用快速熔化和随后急冷凝固时产生的应力所引起的。TiN激光合金化层的硬度在600～800 HV之间, 约为TC4合金的2倍。

钛合金由于比强度高和耐蚀性好而在航空航天、石油化工等领域得到广泛的应用。但其表面不耐磨而限制了其更为广泛的应用。将经过激光处理和未经激光处理的TB5合金放置在一种特殊固体介质进行渗氧处理, 通过研究炉的加热条件和前处理过程, 分析其对TB5合金的显微组织和硬度的影响。此外, 在相同实验条件下与TA4合金进行了比较。实验结果表明, 经激光处理和未经激光处理的钛合金在相同温度和氧化时间下进行渗氧处理均获得了一层强化层, 且经激光处理后的试样在进行渗氧处理后渗氧层的厚度和表面硬度值明显要高于未经激光处理的试样。在相同实验条件下, TA4合金比TB5合金更容易渗氧。

在医用钛合金(TC4)表面采用激光熔覆的方法制备了硬质颗粒增强金属间化合物基复合涂层, 采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)定量分析、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计(HV)、极化曲线分别分析了硬质颗粒增强金属间化合物复合涂层的组织形貌、相结构与成分、硬度分布和耐蚀性能。研究结果表明, 涂层厚度可达1～2 mm, 涂层内部有TiNi和Ti2Ni韧性相及TiC、TiB/TiB2和B4C硬质颗粒生成, 并且涂层内部组织均匀致密, 无裂纹与气孔等缺陷, 硬质颗粒增强金属间化合物基复合涂层的硬度可达HV 0.3 899, 是基体的近3倍, 涂层的耐蚀性是医用钛合金基体的近3倍。

为降低激光沉积制造BT20钛合金薄壁零件中的应力与变形, 研究了激光沉积方式对薄壁零件温度场及基体变形的影响。通过建立薄壁零件三维温度场的有限元模型, 对比分析了连续扫描和分区扫描两种扫描方式下温度场、节点热循环、温度梯度的分布规律。模拟和实验结果表明, 采用连续扫描沉积方式下, 薄壁零件热量累积较大, 温度梯度分布不均匀, 引起基体两端产生较大的挠曲变形; 采用分区扫描沉积方式下, 薄壁零件热量累积显著降低, 温度梯度分布相对均匀, 基体挠曲变形较小。

利用高功率Nd:YAG激光对不同工艺处理的弹性元件进行单点冲击处理, 用X射线应力分析仪测量弹性元件内侧的残余应力并计算出残余主应力及方向角, 分析了弹性元件表面残余应力与表面主应力的关系, 研究了激光冲击对弹性元件疲劳源的影响。结果表明, 弹性元件在经激光冲击处理的表面强化区产生残余压应力, 残余主应力与残余应力之间存在定量关系, 表面残余最大主应力方向向可控裂纹扩展方向改变, 有效控制0°方向的残余应力大小, 可以防止裂纹的扩展。

对5083铝合金和E36钢板异种合金接头进行激光深熔焊搭接实验, 焊接过程中填充Ni、Zn、Sn不同合金粉末。利用金相显微镜、扫描电镜及能谱等微观分析方法, 研究添加不同元素粉末对钢/铝激光深熔焊焊缝成形及界面组织的影响。研究结果表明, 填充粉末的加入改善了界面金属间化合物的形貌, 降低了Fe-Al金属间化合物的厚度, 改善了接头界面金属间化合物层的塑韧性。

以5.0 mm厚高强钢板为实验材料, 采用CO2激光-MAG电弧复合焊接方法, 研究了光丝间距对复合焊接熔滴过渡特征、焊缝形貌和焊缝溶质分布的影响。结果表明, 复合焊接中光丝间距大小影响了两种热源的相互作用效果, 导致熔滴过渡形式不同, 其中光丝间距为4 mm熔滴过渡频率最大, 焊缝形貌较好。而复合焊接熔池冷却结晶过程伴随着液态金属的流动, 液态金属的流动是影响焊缝内溶质分布的重要因素。在光丝间距DLA＝3 mm, 添加元素与熔池表面距离为1.0 mm时, 所添加元素在熔池中含量较高且其分布最为均匀。

采用光纤激光器, 不添加任何填充材料, 对6.0 mm厚5083铝合金和3.5 mm厚低碳钢板材进行激光深熔对接工艺试验, 研究激光偏移量对接头焊缝成形的影响。利用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪、拉伸试验机等研究接头界面的微观组织、显微硬度和抗拉强度。结果表明, 激光束偏移量Δd由0.3～0.7 mm变化时, 界面金属间化合物从21.0 μm逐渐减小到4.1 μm; 当激光偏移量为0.7 mm和0.3 mm时, 接头界面层的平均硬度分别为765.4 HV和671.3 HV。当激光偏移量为0.6 mm时, 接头抗拉强度强度最高, 平均抗拉强度为107 MPa, 达铝母材的60%。

研究了316L不锈钢和6061铝合金的YAG激光焊接工艺, 优化了激光焊接工艺参数(焊接电流、激光脉宽、激光频率、焊接速度), 分析了接头抗拉剪强度及焊缝区显微硬度。结果表明, 激光焊接优化工艺参数为焊接电流100 A, 激光脉宽4.5 ms, 激光频率12 Hz, 焊接速度0.17 m/min; 优化后接头最大抗拉剪强度为98.86 MPa; 焊缝熔池区显微硬度介于铝合金与不锈钢硬度之间, 显微硬度随着偏离焊缝中心的距离增加(从焊缝中心到熔合线)逐渐降低。

分别采用脉冲激光焊和氩弧焊对0.7 mm厚1Cr18Ni9Ti不锈钢薄板实施焊接, 并针对两种方法获得的焊接接头的表观质量、显微组织和力学性能进行了对比研究。结果表明, 激光焊接试样的热影响区宽约60 μm, 焊缝组织为垂直于熔合线外延生长的柱状晶; 氩弧焊焊接试样的热影响区宽约1.3 mm, 热影响区内形成孪晶组织, 焊缝内靠近熔合线附近为外延生长的柱状枝晶, 到焊缝中心区域转化为等轴枝晶。基于多元合金凝固柱状晶/等轴晶转变模型揭示了两种焊接方法下焊缝区凝固组织的形成机理。显微硬度及室温拉伸性能测试结果表明, 两种焊接方法获得的焊缝区的硬度均略低于母材, 氩弧焊焊接接头的硬度分布曲线呈马鞍形, 热影响区的硬度最低。激光焊接薄板试样的抗拉强度显著高于氩弧焊。

采用高功率Nd:YAG激光器及焊接机器人对纯镍Ni201薄板进行激光搭接试验。采用光学显微镜、显微硬度计、拉伸试验机、扫描电镜等仪器测试分析焊接接头成形及力学性能, 研究了焊接参数(激光功率和焊接速度)对焊缝成形和力学性能的影响。研究结果表明, 激光功率和焊接速度的合理搭配可以获得良好的焊接接头, 接头硬度分布不均匀, 接头最低拉伸强度达389.5 MPa, 达到母材的92%。激光功率和焊接速度对焊缝宏观形貌及力学性能有较大影响。

利用皮秒激光加工不锈钢, 采用激光共聚焦显微镜对加工后形貌和质量进行观察与表征, 研究激光能量密度和扫描速度对孔形貌与质量的影响, 以及激光束与工件夹角对锥度的影响。结果表明, 随着能量密度的增大, 皮秒激光加工的热影响越大, 孔径增大, 锥度会减小且孔入口圆度降低, 孔出口圆度随着能量密度增大而增大, 然后趋于稳定, 最后又会下降。扫描速度对于孔入口处的孔径及其圆度都不会产生影响, 圆度保证在98%左右, 随着扫描速度增加, 出口处的孔径先减小后趋于稳定, 锥度增大后稳定在4.0°左右, 出口处的圆度增大后稳定在97%～98%。锥度实际值与工件旋转角度呈非线性关系并给出了函数表达式。

针对Al2O3陶瓷激光打孔存在孔锥度和相对孔径误差较大等问题, 提出了Al2O3陶瓷低压水射流激光复合打孔的方法。通过对比分析, 研究了水射流流速对Al2O3陶瓷直接激光打孔和低压水射流复合打孔质量的影响规律。研究结果表明, 该复合打孔技术利用水射流的冲击和冷却作用, 可以大大减小孔的锥度以及相对孔径误差, 也可以减少材料表面和内壁熔渣的堆积, 从而改善和提高Al2O3陶瓷打孔的质量。

对比研究Al2O3-SiC复相陶瓷激光直接刻蚀和水射流辅助激光刻蚀的作用效果, 并讨论水射流流速对刻槽形状和蚀除量的影响。研究结果表明, 水射流辅助激光刻蚀的加工方法能够大大减少刻槽内熔渣的堆积, 有效降低再铸层厚度, 显著提高刻槽的加工质量。在一定范围内, 水射流流速越大, 刻槽的形状越来越接近于标准的“V”槽; 水射流流速不断增大时, 激光的能量损失越多, 导致刻槽的蚀除量不断变小。

对激光加工石英玻璃精密划线工艺进行了实验研究, 探讨了不同工艺参数对加工效果的影响。使用1.06 μm红外皮秒激光器作为光源, 对厚度为0.4 mm的JGS1-1远紫外石英光学玻璃薄片进行激光划线切割, 在加工速度700 mm/s时, 获得样品正面崩边11.08 μm, 背面崩边7.610 μm, 侧面粗糙度为4 μm 的加工效果。结合实际加工要求, 利用控制变量法分析了光源、占空比、点间距及聚焦光斑等工艺参数对加工效果的影响, 得到一组最佳工艺参数。

基于EdgeWave GmbH 532 nm波长的纳秒激光器, 通过改变激光加工参数进行玻璃切割工艺实验, 研究激光工艺参数对玻璃切割效果的影响。实验表明, 通过对电流大小、填充间隔、分层切割和切割速度等激光参数的优化, 能够加工出边缘光滑、无横向微裂、无碎屑的玻璃基片, 获得较好的良品率。

针对焊缝跟踪的焊缝位置实时检测问题, 设计了一种能实时获取焊缝轮廓三维数据的线激光检测传感器: 采用特定波长的可见线激光作为检测激光, 由带滤镜的工业摄像机采集投射在焊缝表面的激光条纹图像; 通过增强、二值化、去噪和细化等图像处理算法提取激光条纹中心线; 基于三角测量原理, 由激光条纹中心线的像素坐标计算出焊缝轮廓的三维坐标。通过实验分别对传感器的测量精度和抗干扰性能进行验证, 实验结果表明测量精度达到±0.2 mm, 能有效抵抗弧光、飞溅的干扰, 满足实际的焊接使用要求。

报道了基于TEC(半导体制冷器)温控的激光二极管(LD)侧面泵浦的脉冲Nd:YAP(掺钕铝酸钇)激光器, 采用BBO(β相偏硼酸钡晶体, β-BaB2O4)电光调Q, 腔内不加入任何偏振元件, 使用平平腔和平凹腔在重频20 Hz时分别得到了1.34 μm单脉冲能量12.00 mJ和11.45 mJ, 在平平腔结构下, 得到最短脉宽38 ns。实验还对平平腔结构下1.08 μm的输出特性进行了实验研究, 采用相同的平平直腔结构, 在重频20 Hz最高可获得1.08 μm单脉冲能量28.5 mJ, 脉宽27 ns。

以微观形貌为棒状和片状的纳米级别半导体硫化铋为原料, 借鉴制造太阳能电池的思路, 制作成一种新型的光电探测器。实验发现, 该光电探测器对1 024 nm波长的激光具有很强的光敏感性, 不同微观形貌制成的装置对光线的响应情况不同, 选用棒状形貌材料制成的器件对激光的响应较灵敏, 该研究对制造高性能光电探测器具有一定的指导意义。

目的: 观察长脉冲Nd:YAG激光治疗静脉湖的疗效。方法: 根据病灶大小使用直径5 mm或7 mm的治疗手柄对病灶进行照射治疗, 脉宽15～30 ms, 能量密度90～110 J/cm2。以一个光斑照射后病灶立即由紫红色或紫蓝色转为灰白色并出现皱缩为最佳治疗终点。治疗期间Smartcool冷却系统持续喷洒冷却空气对病灶进行冷却处理。两次治疗间隔不少于2个月。结果: 23例病例一次完成治疗19例, 二次完成治疗3例, 三次完成治疗1例。痊愈15例(60.9%), 显效 9例(39.1%)。5例(20.8%)出现色素减退。无一例治疗无效。结论: 长脉冲Nd:YAG激光治疗静脉湖, 治疗方法简单, 疗效佳, 是一种值得推广的治疗方法。