为了研究稳态磁场对激光熔注硬质颗粒强化涂层显微组织和性能的影响, 在316L不锈钢基体上制备了碳化钨(WC)颗粒分布可控的强化涂层。借助扫描电子显微镜(SEM), 能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等表征手段对激光熔注层进行微观组织和物相分析, 利用维氏硬度计测试了激光熔注涂层截面显微硬度分布, 通过摩擦磨损实验研究复合涂层的磨损性能。结果表明, 熔注涂层物相主要由γ(Fe-Ni)固溶体、WC、W2C和Fe3W3C组成。在稳态磁场辅助下, 涂层的平均硬度为510 HV0.3; 涂层的摩擦系数为0.7, 较未添加稳态磁场的涂层降低了30%, 耐磨性能得到明显改善。

利用不同的激光扫描速度对MoCr铸铁表面进行激光淬火处理, 探讨了激光扫描速度对激光淬火层深度的影响, 并对激光相变硬化层的组织、硬度及磨损性能进行了研究。结果表明, 经激光淬火后, MoCr铸铁组织转变为细小的针状马氏体组织, 表面硬度提高了2.6倍以上, 耐磨性得到显著提高。激光扫描速度对淬火层有较大影响, 随着激光扫描速度的提高, 激光淬火层深度降低, 而硬度、耐磨性逐渐提高。

利用高能量的二氧化碳激光束在钢制的工件表面进行了激光熔覆改性处理, 制备生成了含有碳氮化钛Ti(C, N)硬质相的复合熔覆层。在热力学分析的基础上, 利用电子探针(EPMA)和X射线衍射(XRD), 对熔覆层中原位生成的第二相粒子Ti(C, N)的形成机制进行了探究。研究结果表明, 先前加入的颗粒状TiN在激光熔覆过程中首先发生了分解反应, 而后生成了Ti原子和N原子, 新生成的Ti原子再分别与C、N两原子发生化合反应, 重新生成了碳化钛TiC和氮化钛TiN两种硬质相。TiC和TiN两者的晶体结构和晶格常数非常相似, 它们相互固溶, 原位生成了碳氮化钛Ti(C, N) 连续固溶体, 冷却凝固时新生成的碳氮化钛Ti(C, N) 固溶体在熔覆层中以Ti(C0.3N0.7) 颗粒强化相析出。它们在熔覆层的基体内呈弥散分布, 颗粒细小, 形状不规则。

实验搭建了全保偏结构的掺镱皮秒脉冲光纤激光器, 采用级联放大结构及双包层保偏光子晶体光纤将种子脉冲能量提升至最高10 μJ, 重复频率0.05～20.00 MHz连续可调。主放大器中的纤芯/包层直径为14/135 μm保偏光子晶体光纤, 不仅可以实现与少模双包层光纤的直接熔接, 确保光纤放大器的全光纤结构, 而且有效降低了皮秒脉冲放大过程中的非线性效应, 较好的保持了输出脉冲的时频域特性。采用1 064 nm皮秒脉冲光源结合扫描电镜, 照射浸泡在蒸馏水中的二氧化钛(TiO2)粉末压片, 制备出TiO2纳米颗粒, 利用透射式电子显微镜(TEM)对TiO2纳米颗粒尺寸进行了测量。当采用在100 kHz的重复频率, 每脉冲能量为5 μJ, 脉冲串内3脉冲工作方式, 制备所得的粒子直径分布在50~350 nm之间。当脉冲串内的脉冲数从3个增加至5个后, 制备出纳米颗粒的平均直径从234 nm缩小为162 nm, 且产率从3.9 mg/h提升至5.5 mg/h。

采用波长为355 nm、脉宽为18 ns的紫外激光器, 开展了镍基电镀金刚石砂轮的修整试验研究, 对4个关键工艺参数——扫描填充形式、脉冲光斑重叠率及线重叠率、激光平均功率和循环扫描次数进行优化。结果表明, 紫外激光修整镍基电镀金刚石砂轮时, 当采用环形扫描填充形式, 激光光斑重叠率和扫描轨迹重叠率均为35%时, 修整后的砂轮表面地形地貌较为良好, 并且当激光平均功率Pavg一定时, 电镀砂轮表面的烧蚀深度与循环扫描次数N近似成正比。

为了研究界面状态对CFRTP/金属激光连接质量的影响规律, 实现二者高质量的连接。对不同界面情况下的样件进行了焊接实验、强度拉伸测试以及断面组织分析, 找到了添加树脂层厚度、不锈钢表面粗糙度对接头剪切强度的影响规律, 以及酸洗和激光微织构化处理提高接头连接强度的机理。结果表明, 通过金属表面预处理和提高结合面熔融树脂量均能有效提高接头的剪切强度, 特别是激光微织构化处理后拉伸样件的失效发生在树脂基体与碳纤维之间, 这说明CFRTP/不锈钢之间的连接剪切强度已超过了CFRTP内部基体树脂与碳纤维的结合强度。

采用激光填丝焊, 以厚度为3 mm的304不锈钢为研究对象, 通过在小对接间隙条件下的工艺试验, 分析了主要焊接工艺参数对激光填丝焊焊接质量的影响。通过优化后的工艺得到了表面均匀一致、无裂纹和气孔且成形优良的焊缝, 拉伸试验表明接头力学性能优良, 抗拉强度达母材的95%左右。采用优化后的焊接工艺参数, 在不同对接间隙条件下进行对接间隙裕度研究, 结果表明, 激光填丝焊可以大大降低对接头装配精度的要求, 本试验条件下间隙裕度可达1.0 mm。

针对厚度为2.5 mm的TC4钛合金薄板, 开展了光纤激光平板对接焊接实验。实验结果表明, 在焊缝速度分别为1.8、2.4、3.0 m/min及3.6 m/min的条件下均可获得成形良好的焊接接头; 当焊接速度一定时, 随着激光功率的增加焊缝表面氧化程度增加, 满足焊缝成形良好的激光功率选择范围较小, 一般在300 W左右; 焊缝内部存在少量气孔缺陷, 气孔的数量随焊接速度的增加而减少; 焊缝力学性能优良, 拉伸试样均断裂于离焊缝中心较远的母材上。

研究了采用大光斑半导体激光进行表面堆焊时, 保持其它工艺参数不变, 不同的激光功率(900、1 100、1 300、1 500、1 700 W)在Q235基体上对Ni60合金粉末单道堆焊层熔深、熔宽、稀释率、显微组织及硬度、耐磨性的影响。研究表明, 随着激光功率的增加, 堆焊层熔深、熔宽、稀释率、枝晶尺寸均增加, 硬度、耐磨性降低。根据激光功率对单道熔覆层性能的影响, 选取最佳激光功率参数进行单层多道焊, 得到宏观形貌良好的堆焊平面。

对10 mm厚5083铝合金分别进行YAG激光焊、熔化极惰性气体保护焊(MIG)及激光-MIG电弧复合焊试验, 对比了三组焊缝在成形、气孔率、显微硬度等方面的差别。三种焊接方法所获得的焊缝在成形上存在较大差异, 在焊接熔深方面, 复合焊最深、激光焊次之、MIG焊最浅; 在焊接熔宽方面, 复合焊最大、MIG焊次之、激光焊最小。激光焊由于匙孔不稳定, 容易形成工艺气孔, 气孔率最大; 复合焊中由于电弧对工艺气孔有抑制作用, 气孔率较小; 三者中MIG焊气孔率最小。而对于显微硬度, 激光焊由于未添加焊丝较MIG焊和复合焊存在较大区别, 激光焊接接头硬度分布曲线呈“V”形, 而MIG焊和复合焊硬度分布曲线呈“W”形。从整体上看MIG焊焊缝显微硬度最高。

为了研究铝合金表面不同预处理方式对其激光-电弧复合热源焊接质量的影响, 分别对10 mm厚的5083铝合金板进行了化学腐蚀、钢刷打磨和简单清洗, 并利用YAG激光-MIG电弧复合热源分别对三种表面状态的铝合金板进行了焊接试验。采用体式显微镜、金相显微镜、高速相机和材料力学性能试验机分别研究了不同表面预处理方式对铝合金复合焊接焊缝成形质量、气孔率、熔滴过渡特征和力学性能的影响。研究结果表明, 化学腐蚀表面状态下, 工件对热源能量的吸收率最高且工件表面应力最小, 进而熔池内部温度场梯度最小, 激光-电弧相互作用效果最好, 熔池流动性最佳, 熔滴过渡频率最小, 使得焊缝成形质量最好, 气孔率最小, 力学性能最优; 钢刷打磨表面次之; 原始表面最差。

采用预置法向高强钢复合焊接焊缝中过渡氧化铈, 研究了焊接接头拉伸、冲击性能及显微硬度。结果表明, 向焊缝中过渡氧化铈可显著提高焊接接头的抗拉强度, 当焊缝中氧化铈含量在0.03%～0.12%时, 焊缝具有较好的抗拉强度, 氧化铈含量增加至0.15%时抗拉强度明显减小; 冲击功随氧化铈含量的增加呈先增后减的变化趋势, 当氧化铈含量为0.06%时, 焊缝和热影响区的冲击功值最大, 提高幅度约为1.0倍和0.8倍, 焊缝金属的冲击性能得到了明显改善, 拉伸与冲击断口均为脆韧混合断裂模式。焊缝和热影响区的显微硬度值较高, 热影响区与基体之间出现了显微硬度值低于基体的回火软化区, 该区域宽度约0.9 mm, 为焊接接头中的最薄弱环节, 在组织和相成分不同的两个区域中间存在过渡区, 其宽度在0.1～0.3 mm之间, 充分体现了焊接接头的组织、相成分、力学性能呈梯度分布的特征。

以8.0 mm厚的高氮钢板为试验材料, 采用Nd: YAG激光-熔化极活性气体保护焊(Metal Active Gas, MAG)电弧复合焊接方法, 研究了单一成分活性剂(TiO2, B2O3, Cr2O3)对高氮钢激光-电弧复合焊焊缝组织和性能的影响。研究表明, 活性剂能增加焊缝组织的δ-铁素体数量、使晶粒细化、减小奥氏体的晶枝, 对焊缝组织有改善作用。添加活性剂Cr2O3的焊缝组织变化显著, 出现异金属夹杂现象; 活性剂TiO2、B2O3和Cr2O3都能使焊缝区硬度有所提高, 使熔合区硬度有所降低, 其中活性剂B2O3作用下的焊缝熔合区的硬度最小。加活性剂的复合焊焊接接头抗拉强度均比无活性剂复合焊焊接接头的抗拉强度低, 抗拉强度的大小顺序为无活性剂＞活性剂B2O3＞活性剂Cr2O3＞活性剂TiO2, 拉伸断口均为韧窝断口形貌。

针对自动焊接过程中焊缝特征点的检测问题, 提出了一套由工业相机和三线激光发生器组成的焊缝实时跟踪传感器设计方案。基于三角测量原理, 设计传感器的机械结构, 推导得出由激光条纹特征点像素坐标计算出焊缝特征点三维坐标的数学模型, 为有效抵抗在焊接过程中存在的弧光和飞溅的干扰, 采用高斯核相关(KCF)目标跟踪算法, 实时跟踪计算出图像中焊缝特征点的位置。实验结果表明, 采用最大焊接电流350 A的MIG焊, 在有强烈弧光和飞溅的工况下, 该装置能实现焊缝实时准确跟踪, 激光条纹与焊接熔池的最小距离可达20 mm, 传感器采样频率最高可达20 Hz, 跟踪误差小于0.42 mm, 能满足在实际焊接过程的使用要求。

为了研究镀锌板激光切割工艺, 开展了Nd: YAG脉冲激光切割机切割厚度是0.5 mm的热镀锌板的工艺实验, 使用了氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)和空气四种辅助气体。分别使用激光电源的不同工艺参数, 包括输出电流、脉冲脉宽、脉冲频率等, 通过多次实验测出最佳工艺参数, 氮气(N2)的最佳工艺参数为电流160 A、脉宽1 ms、频率60 Hz、加工速度400 mm/min; 氧气(O2)的最佳工艺参数为电流140 A、脉宽0.8 ms、频率50 Hz、加工速度450 mm/min; Ar能切开但挂渣较多的工艺参数为电流170 A、宽1.2 ms、频率65 Hz、加工速度300 mm/min; 空气的最佳工艺参数为电流160 A、脉宽1.0 ms、频率65 Hz、加工速度300 mm/min。通过测量切缝宽度以及观察挂渣量的多少, 判断切割质量, 得到结论: 氧气适用切割较厚镀锌板, 氮气适用切割薄镀锌板, 氩气切割镀锌板效果不佳, 针对本次实验, 空气切割质量最好。

激光打孔是激光在工业中最重要的应用, 是目前加工小孔中不可缺少的一种激光加工方法。为了实现精密打孔, 设计了五轴激光加工机床、外部光路系统、功率监测系统和CCD视觉系统, 并深入研究了对激光打孔入口孔形和出口孔形、锥度、重熔层等有很大影响的激光偏振态及打孔方式, 确定了利用径向波片进行偏振控制, 旋转打孔作为打孔方式的光路系统。在系统中利用皮秒紫外激光实现了锥度可控、圆度高、侧壁光滑的精密打孔, 并且通过工艺实验验证, 证明了上述设计方法的优越性。

自寻边激光切割机相机的安装角度是影响机器视觉系统获取图像质量的最重要因素, 它直接决定系统提取切割路径的精度。提出了一种利用激光切割系统本身的设备来检测相机安装的垂直度。首先, 在切割床的固定位置铺设的标定纸上打出由激光斑点组成的标准圆图像, 并由机器视觉系统提取该圆的轨迹和圆心坐标; 然后, 通过齐次坐标变换, 建立工作平面到CCD成像平面的坐标变换关系, 并利用预先建立的计算模型, 就可计算出CCD光轴与工作平面的夹角。实验结果显示了所提出的方法对激光切割系统CCD安装角度的检测是一种可行的解决方案。

提出一种基于高斯点特征的方法来解决红外背景下弱目标的探测问题。首先, 利用高斯斑点目标的对称特性构造高斯斑点特征响应函数, 利用该函数在红外单帧图像上提取高斯点特征响应图; 然后, 使用CFAR方法对响应图进行二值分割, 并对该图像进行形态学运算去除噪声干扰; 最后检测并定位目标, 输出目标在图像上的坐标。实验结果表明, 提出的方法比传统的滤波探测方法及文献提出的双边滤波算法对高斯斑点目标检测结果更好。

基于光纤低相干干涉技术的测厚原理, 提出了透镜中心厚度检测系统的结构设计; 分析了影响检测仪器检测精度的主要因素, 并分别从光路、电路设计及信号处理等方面, 提出了提高检测系统检测精度的方法; 同时将K-means聚类算法应用于多组干涉信号峰值识别和提取, 有效提高了系统测量的重复精度。所设计的系统具有结构简单、测量速度快等特点,测量精度优于1 μm。

激光打孔是激光在工业中最重要的应用, 是目前加工小孔中不可缺少的一种激光加工方法, 特别是对一些脆性材料如陶瓷、玻璃、蓝宝石、高温合金等。为了提高孔的加工质量, 设计了专用的光学系统进行旋转打孔, 利用皮秒激光器在蓝宝石和镍基单晶材料(DD6)上实现了无锥度打孔, 孔的圆度高>95%, 孔壁粗糙度Ra＜1.2 μm, 锥度<1°, 无重熔层和微裂纹。

介绍了明渠堰槽流量的测量方法, 对流量计的硬件电路进行分析和设计, 在设计过程中阐述了激光测距传感器的基本工作原理、特点, 给出了系统的硬件设计原理图及程序设计方法。在采用DLS-A15型激光测距传感器进行测距时, 主控制芯片MB9AFB44L利用通讯模块向激光测距传感器发测距命令, 传感器接收此命令并对被测液面发射一束激光信号, 液面反射回来的激光信号被传感器转换为一序列号码, 然后再经过通讯模块返回给主控制芯片MB9AFB44L接收, 接收的正确数据即为激光测距传感器到液面之间的距离。实践表明, 该装置具有计量准确高、运行可靠、价格低廉等特点, 流量计采用接触式测量方法, 为工矿企业渠道污水排放的流量测量提供了方便。

光学玻璃表面裂纹是改变自身光场, 影响抗激光损伤能力的重要因素之一。研究熔融石英玻璃表面裂纹诱导激光损伤的增强效应, 基于光场传播理论和有限元方法, 讨论微裂纹对入射光场的调制作用, 对熔石英表面裂纹周围的光场分布进行数值模拟; 探讨了熔石英入射表面与出射表面裂纹引起的光强增强效应, 给出径向裂纹周围光场的分布; 定量研究光场调制的光强增强因子和裂纹结构参数(裂纹角度、裂纹宽度以及裂纹深度)的关系, 为场致损伤提供理论参考。

目的: 观察Nd:YAG激光联合盐酸米诺环素软膏治疗急性智齿冠周炎的临床疗效。方法: 选取80例急性智齿冠周炎患者,冠周用3%过氧化氢和生理盐水交替冲洗后棉球擦干, 随机分成2组, 每组40例, 实验组采用Nd:YAG激光联合盐酸米诺环素软膏治疗, 对照组仅采用盐酸米诺环素软膏治疗,记录治疗后24 h VAS值, 24 h开口度值以及治疗后第4天疗效。结果: 实验组治疗后24 h VAS平均值低于对照组, 24 h开口度平均值高于对照组, 治疗后第4天痊愈率高于对照组, 差异有统计学意义(p＜0.05)。结论: Nd:YAG激光联合盐酸米诺环素治疗急性智齿冠周炎, 可明显减轻疼痛, 改善患者张口度, 提高疗效, 值得临床推广。

脉冲Nd:YAG激光现常用于口腔疾病的治疗中,其操作方便,使用安全,术后反应轻微,患者舒适度高。就脉冲Nd:YAG激光用于各种口腔疾病治疗的作用机制以及参数的选择做一综述。