针对汽轮机转子轴颈易损伤的问题, 采用2 kW半导体激光器进行同轴送粉的激光再制造Fe基合金试验, 以提升其表面性能, 解决失效问题;采用显微硬度计、气蚀装置与残余应力分析仪分别测试了再制造层的显微硬度、抗气蚀性能与残余应力。结果表明, 再制造层最高显微硬度为359 HV0.2, 平均显微硬度为353 HV0.2, 较基体提高20%, 再制造层的抗气蚀性能较基体提高了3倍以上。再制造层的表层两端的残余应力为压应力, 中部为拉应力, 从基体到热影响区逐渐升高;沿层深由再制造层至热影响区, 残余压应力先转变为拉应力, 再转变为压应力。另外由实验数据依据弹性力学的叠加原理, 提出了确定再制造层残余应力的反推法。

通过粉末床铺设置尼龙微粉, 进行选择性激光烧结(SLS), 制备了尼龙6(PA6)拉伸试样。分析了所制备样品在三维方向上的拉伸性能, 研究了拉伸断口的微观形态。结果表明, 所制备的样品致密无孔隙。激光扫描方向和面堆积方向的拉伸强度分别为42.7 MPa和42.5 MPa, 高于体堆积方向的拉伸强度39.3 MPa;激光扫描方向和面堆积方向的断裂伸长率约为体堆积方向的两倍。断口分析显示, 拉伸断口由裂纹萌生区和裂纹扩展区组成, 裂纹起源于未熔融PA颗粒与熔融粘结PA的界面。

激光熔覆是阀门密封面强化的理想技术手段, 但三偏心蝶阀在结构上的特殊性使得其激光熔覆工艺路径规划需要三维空间位置的协调编程。采用平面夹具替代传统的斜锥面仿形夹具, 基于六轴机器人与回转台的复合运动编程原理, 提出了一种具有通用性、精确性的三偏心蝶阀蝶板密封面激光熔覆工艺路径规划方案, 详细分析了转台和机器人夹持激光熔覆头的位置-时间曲线和位置调整速度-时间曲线。

为了保证激光喷丸的工艺质量, 需要对其工作过程进行状态监测。综合考虑成本和效率, 采用基于声学信号的状态监测思路, 以达到无损检测的目的。为了挖掘激光喷丸所产生的冲击声信号中蕴含的有用特征信息, 从时间序列分析的角度, 对于声信号进行特征提取。由于时间序列中相邻数据之间具有天然的相互关联性, 通过计算相邻子序列的欧氏距离值, 从一定程度上来描述这种相互关系, 观察其变化过程, 提取出声信号的特征值。将该方法应用于处理实际的激光喷丸声信号, 识别激光能量和约束层状态的变化。结果表明, 该方法的监测效果良好, 且操作方便, 具有较大的实际应用潜力。

采用宽带激光熔覆技术, 梯度设计的思想和碱液环境中电极化后的处理方法来改善涂层表面形貌和提高涂层生物活性、细胞相容性, 制备了一种梯度生物活性陶瓷涂层。利用SEM分析手段对涂层表面形貌进行研究;通过模拟体液(SBF)浸泡实验考察涂层活性;采用人成骨细胞与涂层材料共培养的方式, 验证了细胞在涂层表面的增殖和定向分化能力。结果表明, 激光制备+电极化处理涂层表面形貌是典型的羟基磷灰石(HA)结构;激光制备+电极化处理涂层表面生成的HA＋β-TCP相更多, 生物活性更好;激光制备＋电极化处理涂层表面细胞的增殖和定向分化能力更好。

激光-电弧复合焊接是一类稳定、可靠、加工效率高的新型制造技术, 急需在国内工业制造领域进行推广应用。基于标准正交试验设计方法, 分析探讨了4 mm厚5A06高强铝合金光纤激光-MIG电弧复合焊接的表面成形规律与气孔特性。实验结果表明, 工艺参数对试样熔深的影响由大至小依次为焊接速度、电弧焊接参数、离焦量、激光功率、光丝间距。实验参数为焊接速度25 mm/s、离焦量＋2 mm、送丝速度9 m/min、电流123 A、电压23 V、激光功率3 kW、光丝间距3 mm时, 可获得良好的试样表面成形。相比铝合金纯激光填丝焊接, 稳定的光纤激光-MIG电弧复合焊接无需对母材进行精细的氢来源控制和复杂的焊接前后处理, 即可有效地减少甚至完全消除铝合金试样的接头氢气孔。抑制气孔的机理主要从优化熔池流动行为、增强熔池小孔稳定性、降低熔池凝固速率三方面考虑。

为了研究相同激光线能量条件下激光功率对304不锈钢激光焊接接头耐腐蚀性能的影响, 采用高功率激光焊接设备对304不锈钢进行搭接焊接试验, 采用CHI660E型电化学工作站对焊接样件进行电化学腐蚀试验, 并利用光学显微镜对304不锈钢焊缝进行观察。试验结果表明, 在优化的激光焊接工艺参数下, 焊缝成型完美, 无气孔、夹渣、裂纹和未焊透缺陷等现象。在一定激光功率范围内, 随着激光功率的增加, 304不锈钢激光焊接接头耐腐蚀性能增强, 在功率为2.5 kW时的304不锈钢焊缝耐腐蚀性最强, 但随着激光功率的进一步增加, 焊接接头耐腐蚀性能降低。

采用高速摄像系统采集焊接过程中的电弧形态图像, 并利用电弧分析仪记录电弧信号, 通过试验深入研究单一成分活性剂(TiO2, B2O3, Cr2O3)对Nd：YAG激光-熔化极活性气体保护焊(Metal active gas, MAG)电弧复合焊电弧形态和焊缝成形的影响。研究表明, 与无活性剂作用下的激光-电弧复合焊相比, 活性剂能够降低激光对电弧的吸引作用, 并且使电弧收缩更加明显;这些活性剂都能不同程度地增加焊缝熔深和熔宽, 其中B2O3、Cr2O3可使熔深显著增加, 而TiO2增加熔深的效果并不明显, 但其熔宽增加显著。与无活性剂的电压波形相比, 活性剂作用下的电压稳定性降低, 但是电压值有所提高。

采用Nd：YAG激光器对5052铝合金和镀层处理的ST07Z镀铜钢进行激光填缝焊接实验研究。研究了镀层对铝/钢搭接接头界面金属间化合物和强度的影响。采用光学显微镜、扫描电镜和拉伸试验机对熔-钎焊接头的显微结构、金属间化合物成分和断口进行了观察测试。结果表明, 对ST07Z钢做镀层处理, 显著提高焊接过程中铝液在钢表面的润湿铺展, 抑制铝铁原子的相互扩散, 减少Al-Fe金属间化合物的形成。接头界面处生成的金属间化合物主要有Fe2Al5、FeAl2和FeAl三种。采用镀层处理可有效提高焊接接头强度, 接头最大抗拉剪强度可达163 N/mm。

研究了不锈钢SUS304的激光填丝焊接工艺对焊接质量的影响。研究发现, 随着激光功率的升高, 焊缝由钉状变为“束腰”状, 焊缝熔宽的变化不明显, 焊缝余高逐渐减小;焊接速度的提高使得焊缝变得“细小”, 焊缝宽度减小, 焊接速度的增大也使得焊缝余高的减小;送丝速度增大使得熔宽有一定的减小, 余高增加较为明显, 并且当送丝速度达到3.0 m/min时, 过渡金属不能充分地铺展, 焊缝表面质量较差。在实验设定的参数范围内, 接头拉伸断裂位置均在母材, 焊缝强度能够得到保证。焊缝区由细小的柱状奥氏体枝晶和枝晶间少量的铁素体组成, 焊缝区的显微硬度在230 HV左右, 高于母材(约190 HV)。

以一种中碳超高强度钢板为试验材料, 进行了CO2激光-熔化极活性气体保护焊(Metal active gas, MAG)电弧复合焊接和单独MAG焊接试验。采用高速摄像系统观测熔滴过渡形式的变化, 并采集焊接过程中的电弧和熔滴过渡的图像, 通过采集到的图像深入分析熔滴过渡的电磁收缩力的计算。研究表明, 不同的熔滴过渡形式电磁收缩力的计算方法不同;随着焊接电流的增加, 熔滴过渡形式由大颗粒过渡变为小颗粒过渡, 减小了熔滴过渡的直径;激光的加入影响了熔滴的电磁收缩力, 通过试验分析出不同熔滴过渡形式下激光-电弧复合焊熔滴过渡的电磁收缩力的计算公式。

为了提高纳秒激光成孔质量, 改善成孔时孔口熔融物、孔口再铸层、孔的锥度等缺陷, 利用超声振动辅助321不锈钢表面纳秒激光成孔, 观察孔口微观形貌及上下孔口直径, 分析超声振动功率、激光脉冲能量、离焦量以及辅助气体气压对纳秒激光成孔质量的影响。结果表明, 在不同工艺参数下的打通孔实验中, 超声振动辅助成孔深径比大、再铸层较小、孔壁波纹细密、喷溅物减少, 成孔质量得到改善。随着超声功率增大, 上下孔口圆度提高、锥度减小, 且打孔效率提升;激光脉冲能量对成孔的上下孔口直径、孔口熔渣溅射影响显著;离焦量为1 mm时获得锥度最小的孔, 且熔渣较少、热影响区面积小, 离焦量过大或过小, 易造成熔融物聚集, 辅助气体压力增大, 热影响区减小。

采用532 nm激光清洗304不锈钢表面, 通过比较不同工艺参数下的清洗效果, 得出了最佳的加工参数。结果表明, 采用532 nm激光能够有效地清洗不锈钢, 并且对304不锈钢表面不产生损伤;功率、扫描次数、扫描速度分别对清洗效果有着不同的影响。优化的激光工艺参数为功率P＝26 W, 扫描次数N＝45, 扫描速度S＝100 mm/s。

为了找到LY12铝合金板材在特定激光功率、板材厚度下的最佳切割速度, 根据能量守恒原则, 建立激光切割前沿的热平衡方程式。通过穷举法估算出LY12铝合金对CO2激光吸收率A为8%;然后用迭代法计算最佳切割速度, 以激光功率P=2 800 W, 气体压力p=0.6 MPa为例, 计算出最佳切割速度v=2 136 mm/min。通过试验验证此条件下激光切割质量最佳, 可实现激光切割质量的优化。

以1.34 μm脉冲激光为基频光, Ba(NO3)2晶体作为拉曼晶体, 通过一阶受激拉曼散射效应, 产生1.56 μm一阶Stokes人眼安全激光的外腔拉曼激光器。基频光由以准连续激光二极管(LD)侧面泵浦Nd：YAP(掺钕铝酸钇)晶体, BBO(偏硼酸钡)晶体电光主动调Q产生。运用ABCDEF扩展矩阵论, 使用RP Resonator 软件计算光束半径随腔内位置的变化, 设计腔内元件位置, 提高拉曼转换效率。通过实验, 得到波长为1 344 nm, 重复频率为20 Hz, 脉宽为38 ns, 单脉冲能量为19.2 mJ时, 产生1 562 nm波长的一阶Stokes光, 最大单脉冲能量为1.83 mJ, 脉宽为9 ns, 基频光到一阶拉曼光的最大光光转换效率约为15.24%, 转换效率随着基频光脉冲能量的大小先增加后减小。

目的：运用光纤激光焊接技术, 探索一组较优参数对断裂的纯钛可摘局部义齿支架进行激光焊接修复。方法：在制备的试件上, 使用YLS-3000光纤激光器(最大功率为3 000 W)和KUKA机器人作为铸件加工的执行机构, 采用手工编程或自动编程方式及轮廓控制方式进行精确的轨迹插补运动, 调整激光功率、扫描速度、扫描次数, 通过金相组织分析及组织纤维洛氏硬度分析得到较优工艺参数。基于此参数对断裂的纯钛义齿支架进行激光焊接修复。结果：成功完成了关于纯钛可摘局部义齿支架光纤激光焊接关键技术的研究, 并获得符合临床要求的纯钛义齿支架。结论：在利用光纤激光器焊接修复断裂的铸造纯钛可摘局部义齿过程中, 探索合适的工艺参数对焊接区形成良好的冶金结合和提高铸件的机械性能至关重要。

目的：从微渗漏角度探究两种脉冲的Er:YAG激光联合自酸蚀粘接剂对于窝沟封闭的影响。方法：50颗离体牙随机分为5组, 每组10颗, 第1组：传统磷酸蚀刻处理窝沟釉质表面;第2组：MSP(最短脉冲)模式下的激光处理窝沟釉质表面;第3组：MSP+自酸蚀粘接系统处理窝沟釉质表面;第4组：SP(短脉冲)模式下的激光处理窝沟釉质表面;第5组：SP+自酸蚀粘接系统处理窝沟釉质表面。然后对所有组进行封闭剂充填。最后用体视显微镜进行微渗漏的观察。结果: 两种脉冲的激光比较, 差异无统计学意义(P＞0.05);对照组与激光组比较, 差异有统计学意义(P＜0.05);对照组与激光+自酸蚀组比较, 差异无统计学差异(P＞0.05)。结论：激光脉冲对窝沟封闭微渗漏无影响, 单独使用激光不能代替全酸的作用, 但是联合使用自酸蚀粘接系统能达到传统方法的效果, 有望应用于临床。

目的：研究2 940 nm 点阵铒激光治疗兔耳瘢痕组织的疗效并观察治疗时机与治疗疗效的相关性。方法：建立兔耳腹侧瘢痕模型;随机将兔耳创面分为对照组(A组)、激光1组(B组)和激光2组(C组), A组不予治疗, B组用 2 940 nm 点阵铒激光治疗, C组亦同B组但延后2周进行;观察创面愈合时间和瘢痕生长情况。各组分别间隔两周收集标本, 行HE 染色、胶原纤维Masson染色、Van Geison染色, 观察皮肤瘢痕组织学病理变化。结果：(1)点阵Er：YAG激光治疗后瘢痕明显改善。(2)点阵Er：YAG激光治疗后B组比C组相比瘢痕缩小变淡速度较快, HE染色示：B组较C组瘢痕组织内胶原纤维排列整齐更为迅速, B组胶原面积比值与C组有统计学差异。结论：(1)点阵Er：YAG激光治疗瘢痕有效。(2)在瘢痕形成早期尽早使用点阵铒激光治疗能够获得更佳的治疗效果。

目的:研究探讨5-氨基乙酰丙酸介导的光动力疗法(ALA-PDT)对白血病细胞株HL-60的作用机制。方法: 以白血病细胞株HL-60为实验模型。实验分为2组, 对照组(未处理组)及ALA＋PDT组。利用人全基因组基因表达谱芯片技术研究ALA-PDT后HL-60细胞基因改变情况。 结果: 人全基因组芯片共检测了48 000个基因, 用RT-PCR的方法验证了数据的可靠性, 对芯片结果产生的数据分析发现：ALA-PDT影响了细胞的多种生命进程, 如转录调控, 抑制翻译过程;促进一系列应激反应;上调促凋亡基因的表达, 抑制抗凋亡基因的表达, 促进凋亡的发生。结论: ALA-PDT通过诱导凋亡的方式杀伤HL-60细胞。多种调控机制参与凋亡的发生：c-Abl和PML基因是上调基因网络中的主导基因, 共同参与了凋亡的发生。线粒体途径和TNF途径激活, DEDD2及CDC2L2介导的凋亡通路也占了一定的地位。ERN1、Bcl2、及c-Jun等基因参与其中促进凋亡的发生。