以混合的Ti、V、Cr元素粉末为原料, 采用CO2激光器激光熔覆沉积Ti-20V-15Cr阻燃钛合金, 并针对合金沉积层的显微组织、冶金质量以及显微硬度展开研究。结果表明, 采用CO2激光器制备的Ti-20V-15Cr阻燃钛合金, 沉积试样成分分布均匀、组织致密、未出现裂纹、熔合不良等缺陷; 沉积试样整体由单相β晶粒组成, 但原始β晶粒形态对激光熔覆沉积工艺下的熔池凝固条件变化极为敏感; 沉积试样底部、中部和顶部区域沿沉积层生长方向依次出现三种形态的晶粒生长: 柱状晶、类等轴晶和等轴晶。基于合金凝固柱状晶/等轴晶转变模型以及激光熔覆沉积过程试样底部、中部和顶部熔池凝固条件分析, 揭示了激光熔覆沉积Ti-20V-15Cr合金的凝固组织形成机理, 采用显微硬度计对沉积试样各区域显微硬度进行测试。测试结果表明, 沉积试样各区域硬度分布均匀, 未出现明显波动, 平均显微硬度约为372 HV。

利用纳秒激光器对7075铝合金进行激光冲击钻孔实验研究, 采用控制变量法, 分别研究了不同激光脉冲数、激光峰值功率以及不同离焦量条件下对进出孔直径以及孔锥度的影响规律。结果表明, 在一定参数范围内, 不同激光脉冲数对进出孔直径具有一定影响, 激光峰值功率在一定程度上增加会减小孔的锥度, 但当峰值功率增加至45.22 kW时, 大量的熔融物和飞溅物对孔的形貌影响很大; 当激光焦点位于工件表面时, 可获得最小入口直径86 μm, 最小锥度为0.38°。研究结果为铝合金激光微孔加工工艺优化和参数选取提供参考。

通过激光直接沉积成形技术制备不同Mo元素含量的Cr-Ni不锈钢, 对工艺参数进行优化, 并对Cr-Ni不锈钢合金进行成分设计与组织性能评价。采用半导体激光器直接沉积成形15Cr21Ni7双相不锈钢合金粉添加xMo(x＝0%、1%、2%、3%、4%), 在激光功率1 800 W, 激光扫描速度5 mm/s, 搭接率30%, 送粉率8.9 g/min的优化工艺参数下获得了长宽高分别为10 mm×10 mm×4 mm的不锈钢块体样品。利用光学显微镜、电子探针、X射线衍射仪、显微硬度计及电化学测试系统进行了沉积层的显微组织、成分、物相及显微硬度、耐蚀性分析。实验结果表明, 沉积层无气孔和裂纹等缺陷, 成形性良好; 沉积层的中部稳定, 显微组织主要由岛状枝晶、奥氏体枝晶和枝晶间区域为铁素体、奥氏体、合金碳化物的混合组织组成; 随Mo含量的增加, 沉积层的耐蚀性随Mo含量的增加先升高后降低, 当Mo含量达到3%时, 耐蚀性获得最高值: 自腐蚀电流密度为167.21 nA/cm2, 自腐蚀电位为－142.26 mV。沉积层的显微硬度随Mo含量的增加变化不大, 其平均显微硬度在340～390 HV。

激光在不锈钢表面诱致彩色的工艺进一步挖掘了产品识别、产品装饰、产品个性化方面的潜在应用。脉宽和频率独立可调的新型MOPA光纤激光器, 具有宽的可调参数窗口, 可方便的优化参数组合标识出更丰富、更鲜艳的色彩。本文采用新型的MOPA光纤激光器,研究激光功率、激光重复频率、激光脉冲宽度、激光扫描速度、填充间隔等激光工艺参数对激光诱致不锈钢着色的影响及影响程度。经参数优化, 实验获得了在304不锈钢表面激光诱致黄、蓝、绿、红、紫等颜色的工艺参数以及在304不锈钢表面诱致彩色标识的合适激光工艺参数范围。

领域驱动设计(Domain-Driven Design)是指导专业领域复杂软件开发的系统分析和设计方法, 其将着眼点集中于应用领域本身, 可以最大程度、最短路径反映领域专家的专业思维, 是工业领域很适用的软件开发模式, 但在激光加工专业领域尚未见到应用报道。提出了通用型激光加工工艺控制软件的用户界面层、应用层、领域层和基础结构层四层软件系统架构, 对激光加工工艺控制的核心业务及其相互关联关系进行了分析建模, 建立了一个由加工图形、加工参数、虚拟设备构成的加工任务超聚合领域模型, 并设计了“薄层耦合”的应用服务函数将领域层与其他层隔离, 有效提升了软件快速迭代、可移植性、扩展性和可维护性。

为了得到工业上广泛使用的基模拉盖尔-高斯光束, 2 kW射频板条激光器谐振腔输出的简单像散光束需要腔外光束整形系统, 理论分析和实验研究了变换系统中各光学元件对输出光束光强分布的影响, 取得了在系统中不同光学元件处的光强分布数据。结果表明, 经光束系统后, 输出光束首先由带高频振荡的矩形象散光束聚焦成条状的光束, 然后由空间滤波器滤除非稳光束的高频振荡, 滤除后光束到达柱面镜处非稳与波导方向半径近似相等为5.7 mm, 接着柱面镜将非稳和波导方向光束的发散角转为近似相等, 光束变为非象散光束, 最后再经球面镜准直为近圆形高斯分布光束。所得到的结果对腔外变换系统的进一步优化提供了重要的参考。

板条激光器初始光束为矩形光束, 光束的发散角与半径在相互垂直方向上相差很大。因此, 光束整形系统是板条激光器能够实际应用的关键技术之一。以2 kW射频板条CO2激光器为基础, 针对双柱面镜整形系统与带空间滤波器整形系统, 应用特征向量法与柯林斯公式进行了仿真分析。给出了光束通过这两种整形系统后光强的分布与光束半径的变化。结果表明, 板条激光器的矩形光束经过这两种整形系统后都能转变为近似圆形分布, 两个方向上的半径差值小。但光束通过双柱面镜整形系统后非稳方向光束质量没有得到改善, 聚焦后存在旁瓣, 能量占比约为9%。带空间滤波器整形系统则能够将旁瓣完全滤除, 提升了光束质量。

随着信息技术的发展, 对等网络P2P信息流量经常出现偏离正常范围的异常情况, 以决策树算法为基础, 对P2P流量检测和流量异常时的检测技术进行了研究。采用改进的C4.5决策树P2P流量检测模型, 通过P2P流量异常检测模型对大量训练数据集的训练, 实现了对对错误的逐步修正, 通过实验室仿真试验, 经过选择网络流量特征后, 基于改进的C4.5决策树的P2P网络流量分类器能实现较好的分类效果, 分类检测率在94.6％～96.7%, 较高的检测率说明采用改进的C4.5决策树算法能有效对P2P流量进行检测, 为今后研究P2P流量异常检测技术提供了参考。

随着信息技术发展越来越迅速, 计算机智能化图像识别技术的发展也日益完善, 其发挥的作用也越来越重要。本文以神经网络方法为基础, 对计算机智能化图像识别技术进行了研究, 本文将遗传算法GA 与 BP 算法进行结合, 通过分析智能化图像识别原理、图像模式识别和BP 神经网络学习算法, 建立了GA-BP网络图像识别模型。采用四层神经网络, 输入节点设置为 256, 输出节点设置为5, 进行了GA-BP网络和BP 神经网络的对比实验, 结果表明, 在进行数字图像识别时, GA-BP网络正确识别率为 98.7%, BP 网络正确识别率为92.5%, GA-BP网络正确识别率比BP网络要高出6.2%, GA-BP网络克服了BP网络收敛速度慢和训练时间长的缺点。

目的: 观察Nd: YAG激光治疗上颌窦提升术后疼痛与肿胀的临床疗效。方法: 共24名需行侧壁开窗式上颌窦提升术的患者, 随机分为两组: 激光治疗组和对照组。激光治疗组术后采用Nd: YAG激光照射, 对照组常规处理。术后1、7 d评价疼痛度, 术后3、7 d评价面部肿胀程度。结果: 术后第1天, 激光治疗组的疼痛度明显低于对照组, 差异有统计学意义(P＜0.05), 术后第3天, 激光治疗组的肿胀程度与对照组相比明显改善, 差异有统计学意义(P＜0.05), 术后第7天, 激光治疗组与对照组相比均无统计学意义(P＞0.05)。结论: 通过临床观察, 其结果表明, Nd: YAG激光可有效减轻上颌窦提升术后疼痛与肿胀。

目的: 通过白癜风豚鼠模型, 观察308 nm准分子光的疗效及对Treg、Thl7细胞的影响, 探讨紫外光疗机制中的免疫学通路。方法: 通过文件检索使用化学脱色法制备白癜风豚鼠模型并筛选造模成功的小鼠作为实验对象, 将小鼠分为实验组和对照组, 另选取相同数量的健康小鼠作为空白组, 对实验组进行308 nm准分子光的干预治疗, 造模成功的对照组以及健康小鼠的空白组均不予以处理, 10周后分别从肉眼复色程度、组织病理及免疫组化结果中的改变、mRNA以及蛋白表达的水平观察IL-17细胞和Treg细胞在三组之间的实验过程中的变化趋势。结果: 308准分子光对白癜风豚鼠模型达到治疗效果, 经过10周治疗后, 5只豚鼠达到完全复色。在组织病理中, 白癜风模型组豚鼠皮损中表皮黑素细胞减少, 伴随真皮淋巴细胞浸润。治疗后, 从组织学水平观察到, 黑素细胞的增多, 以及淋巴细胞浸润减少。免疫组织化学染色对皮损中IL-17标记可见, 造模成功组中真皮层可见阳性结果的出现, 此模型可用于本课题的研究。通过对皮损中IL-17及Foxp3的mRNA及蛋白表达水平定量检测发现, 模型组IL-17表达升高, Foxp3表达降低, 治疗后IL-17表达水平降低, Foxp3表达水平升高。结论: 308 nm准分子光疗可以通过降低豚鼠白癜风皮损中Th17细胞水平, 升高Treg细胞水平调节皮损中Th17和Treg细胞的平衡紊乱。

采用激光熔覆技术用半导体激光器在45#钢上制备了CNTs/SiC/Ni60A复合涂层, 分别运用蔡司AxioVert.A1金相显微镜、M-2000型磨损试验机、HXD-1000TMB/LCD显微硬度计研究了CNTs含量对合金显微组织、磨损性能、显微硬度的影响, 并结合了SEM、EDS和XRD对涂层进行了更综合、具体的显微分析和物相分析。研究表明, 随着CNTs含量的增大, 涂层的显微硬度和耐磨性均先增大后降低;而摩擦系数则先减小后增大, 当CNTs含量为3%时, 涂层宏观表面光滑, 未见明显的气孔和裂纹; 涂层显微组织分布均匀, 主要以等轴晶形式存在, 且涂层性能也最好, 显微硬度最大值为1 058.3 HV0.2; 耐磨损性能也最好且主要以粘着磨损为主, 磨损量为0.001 1 g, 摩擦系数为0.181。

利用高功率光纤激光熔覆设备, 在Q235A钢表面制备了CaF2/Ni60复合涂层。采用着色渗透探伤法研究了激光扫描速度和CaF2对涂层的裂纹敏感性的影响, 并利用显微硬度计和摩擦磨损机考察了CaF2对复合涂层显微硬度和耐磨性能的影响。结果表明, 激光扫描速度和CaF2与涂层裂纹敏感性密切相关, 随着扫描速度的增大, 涂层表面裂纹敏感性增大; 随着CaF2比例的增加, 熔覆层表面的裂纹数量先减少后增加, 当w(CaF2)＝6.0%时, 激光熔覆层表面未出现裂纹; CaF2粉末改善了熔池的流动性, 使组织分布较均匀, 显微硬度波动性减小, 当w(CaF2)＝6.0%时, 涂层平均硬度为875 HV0.3, 约为基体硬度的5.3倍。Q235A基体的平均体积磨损量是Ni60＋6.0% CaF2涂层的4.7倍, 提高了涂层的耐磨性。

利用半导体激光器在45#钢表面制备Fe-36Ni因瓦合金熔覆层,采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)及能谱(EDS)对熔覆层的显微微组织进行分析。利用显微硬度计和磨损试验机以及多功能材料表面性能测试仪测试熔覆层的显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明, Fe-36Ni因瓦合金熔覆涂层表面光滑平整, 熔覆涂层物相为Fe0.64Ni0.36和γ-(Fe.Ni)相, 保证了因瓦效应的产生。随着激光功率的增加, 熔覆层组织先细小后变得粗大; 随着激光功率的增加, 熔覆层的显微硬度和耐磨性表现为先升高后降低, 当激光功率为1 400 W时, 熔覆层硬度达到最大值395.1 HV0.2, 为基体的1.6倍; 熔覆层耐磨失重为0.006 7 g, 为基体的2.2倍。

为了改善基体与陶瓷涂层物理相容性, 利用半导体激光熔覆技术在不锈钢基体表面制备了CoCrTaAlY涂层作为热障涂层粘结层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)等对CoCrTaAlY涂层的组织、物相和成份等进行分析。结果表明, 当激光功率不变时, 随着扫描速度的增加, 熔覆层厚度和宽度降低而形状系数和润湿角增加; 当扫描速度不变时, 随着激光能量密度的增加, 熔覆层厚度和宽度增加而形状系数和润湿角降低; 熔覆层主要由γ/γ’-(Fe,Al)与颗粒状析出物M(Ta,Si)C组成; 随着温度梯度和冷却速度的增加, 熔覆层内胞状晶转变成树枝晶, 继而生成等轴枝晶。

基于“光束中空, 光内送粉”技术在无保护气氛室条件下成功制备了钛合金熔覆组织。实验结果表明, 中空光内送粉技术能够进行钛合金自由成形制造, 熔覆层微观组织中未见明显的氧化痕迹和气孔, 熔覆层组织呈现柱状晶形态, 晶粒尺寸约100 μm, 亚结构为钛马氏体α′相, 硬度约540 HV0.2, 远高于TC4钛合金基板的硬度360 HV0.2。此外, 与TC4钛合金基板具有良好的冶金结合, 无气孔和裂纹等缺陷。分析表明, 中空激光光内送粉技术利用气阱原理, 有效地实现了阻隔熔覆过程中熔池与外界气氛的交互作用, 保证了熔池不受高温氧化影响。

为实现医用钴铬合金在口腔修复中的应用, 利用选区激光熔化(SLM)技术, 研究开发了激光选区熔化成型工艺并进行了弯曲、拉伸、硬度以及热处理实验。利用扫描电镜、粗糙度轮廓仪、硬度仪等检测手段, 对激光选区成型的试件进行了显微组织、力学性能、粗糙度、腐蚀性能等测试分析。研究结果表明, 激光选区熔化成型最佳工艺参数为激光功率200 W、扫描速度500 mm/s、层厚25 μm、扫描间距0.07 mm及扫描策略为S型X、Y方向、层错; SLM原始试样抗拉强度为1 185 MPa、硬度为431 HV、延伸率为8.6%、断裂形式为准解理断裂, 热处理后抗拉强度为1 375 MPa、硬度为563 HV、伸长率为3.1%; SLM原始试样自腐蚀电位为－717 mV、自腐蚀电流密度为1.7×10-5 A/cm2, 热处理后自腐蚀电位为－10 mV、自腐蚀电流密度为0.3×10-5 A/cm2; SLM原始样粗糙度为13.793 μm、表面重熔后粗糙度降为5.141 μm, 打磨后粗糙度降为2.24 μm。因此, 热处理能提高试样的强度和耐腐蚀性, 但韧性有所降低。最后利用优化的工艺参数, 选区激光熔化成型制备出高强度、低粗糙度和耐腐蚀的牙冠牙桥, 并进行佩戴实验, 基本符合义齿的性能要求。

基于激光熔化沉积技术, 在6061铝合金表面进行了激光熔化沉积AlSi10Mg 铝合金试验, 并引入基体热累积因子XR(红外测温仪监测的温度TR与采集距离R的比值)来研究基体热累积对单道沉积层形貌的影响。结果表明, 随着沉积的不断推进, XR逐渐增大并最终趋于稳定, 即基体热累积量不断增加, 且最终与环境的换热达到动态平衡。此外, 随着XR的增加, 沉积层截面形貌呈扁平化趋势, 具体表现为沉积层宽度和熔池深度逐渐变大, 而沉积层高度变化不明显。研究还表明, 在一定的工艺范围内, 接触角随着XR的增大而减小, 而稀释率随着XR的增大而增大, 并且接触角和稀释率都与XR呈线性相关。

采用元胞自动机法和有限元法, 将宏观温度场与微观晶粒生长相耦合, 建立了激光熔注316L复合涂层晶粒生长模型, 研究了非均匀温度场条件下复合涂层的晶粒生长, 及增强相颗粒体积分数和颗粒尺寸对晶粒生长的影响。结果表明: 激光熔注复合涂层晶粒大小分布随熔池深度方向变化而变化, 熔池表面呈细小的等轴晶, 熔池底部晶粒粗大; 增强相颗粒体积分数含量越高, 晶粒生长越慢, 晶粒尺寸越小; 增强相颗粒尺寸越小,晶粒生长的越慢, 晶粒尺寸越小, 组织越均匀。

利用有限元分析软件SYSWELD建立了三维有限元模型, 对不同预热温度下激光熔覆铁基涂层的过程进行了数值模拟, 分析了不同预热温度下温度场和组织转变的变化规律, 研究了冷却速度和组织转变对残余应力场的影响。结果表明, 预热温度越高, 熔覆层中心的峰值温度越高, 同时能有效降低熔覆层冷却速度。预热温度在20～300 ℃范围内时, 随着预热温度的增加, 熔覆层贝氏体含量逐渐增加, 铁素体和马氏体含量逐渐减少, 使得熔覆层残余应力增大; 预热温度高于300 ℃以后, 随预热温度增加冷却速度显著降低, 组织中铁素体含量逐渐增加, 贝氏体含量逐渐减少, 残余应力随之减小。

采用激光沉积制造(LDM)技术制备了γ-TiAl合金(Ti-48Al-2Cr-2Nb)试样, 并对不同工艺条件(激光功率和扫描速度)下试样的相组成、显微组织及显微硬度进行了分析。结果表明, 经LDM工艺制备的γ-TiAl合金显微组织特征为等轴状的初生晶粒内包含有细小层片状的γ、α2相和B2相; 扫描速度恒定, 随着激光功率的增加, 初生等轴晶晶粒尺寸逐渐增大, 晶内的α2相和B2相含量逐渐增加, γ相含量降低, 合金显微硬度逐渐增大; 激光功率恒定, 随着扫描速度的增加, 初生等轴晶晶粒尺寸逐渐减小, 晶内的α2相和B2相含量逐渐减少, γ相含量增加, 合金显微硬度逐渐增大。经综合分析认为激光功率1 200 W、扫描速度7 mm/s为最佳的γ-TiAl合金LDM工艺参数。

采用实验与神经网络预测相结合的方法, 对基于温度控制的激光相变硬化工艺参数进行了研究。首先, 使用基于温度可控的大功率半导体直接输出激光加工系统对45#钢进行设定温度下的激光相变硬化实验。然后, 通过改进的BP神经网络算法构建神经网络模型, 并采用所获得的实验样本数据训练该人工神经网络模型。模型中所采用的改进BP神经网络算法是遗传算法和基于新型误差函数的批量训练神经网络算法相结合的混合算法。为验证改进算法的性能, 在Lab Windows/CVI软件上应用C编程语言实现了该算法。通过运行程序发现, 采用此算法的收敛速度比传统算法提高了约80%, 预测输出的指标与实际值之间的偏差小于4%。

研究了激光焊接工艺对2 mm厚430铁素体不锈钢钢带焊接的影响, 分析了铁素体不锈钢激光焊接的组织转变以及力学性能变化规律。结果表明, 相对于传统MIG焊, 铁素体不锈钢激光焊接所得焊缝热影响区域更窄且晶粒长大程度相对更小, 焊缝抗拉强度优于母材, 显微硬度值相对母材有显著地提升。激光焊接过程中, 在合适的正面和背面保护下, 焊缝折弯性能有明显改善。激光焊接可成功应用于2 mm厚430铁素体不锈钢钢带的焊接。

为研究力学性能、耐蚀性和抗冲击性能都较好的车身用镀锌钢激光拼焊焊缝质量, 采用Nd: YAG脉冲激光器及数控加工系统对其进行激光拼焊试验。基于正交方案及极差分析法, 系统研究了各工艺参数对激光焊接接头质量影响的主次关系, 理论分析计算了试验条件下的因素水平最优组合及其估计值, 并从焊缝成形质量、接头力学性能和微观组织等方面针对优化前后试样的焊接质量进行了对比分析。结果表明, 工艺参数因素对试样抗拉强度的影响大小依次为焊接速度＞电流占空比＞气流量＞离焦量＞脉冲宽度; 经正交极差优化后的最佳参数组合为电流占空比Q＝39%, 脉冲宽度p=61 ms, 焊接速度v＝2.50 mm/s, 气流量q＝19 L/min、离焦量Δf＝－0.7 mm; 优化后的试样的焊缝表面成形质量更好、接头强度和硬度均有提高, 焊缝与热影响区的晶粒与组织也更细小致密。

激光熔池流动模式和熔池流动特征决定了焊缝成形和焊接缺陷的分布, 因此研究不同焊接位置对激光焊接流动行为的影响对优化焊接位置和焊接参数具有重要意义。采用1.5 kW板条型CO2气体激光进行了平焊和立焊向上、立焊向下等不同焊接位置下的焊接试验, 并采用高速摄像对其熔池小孔特征进行了监测, 再采用粒子图像测速(PIV)方法对熔池流动特征进行了定量表征和分析。明确了激光焊接时的熔池流动模式, 在熔池区域存在着两个大的涡流区域, 分别在熔池周围和在熔池的尾部。与立向上焊相比, 激光立向下焊的熔池形状呈扁圆形, 宽度增加而长度减少, 小孔的面积增加, 其熔池流动的脉冲特征减弱, 熔池流动的稳定性增加。这与立向下焊时熔池上方液态金属受重力影响向下流动, 与下方液态金属受蒸汽反冲压等驱动向上流动, 两者相遇产生的强烈搅拌作用有关。这为理解不同焊接位置不同的焊缝成形和气孔率差异提供了依据。

激光成形薄壁件时, 会因为熔覆件表面凹凸不平或挂渣现象影响成形件的表面精度甚至后续成形无法完成, 针对这种情况, 基于“增材制造”和“减材加工”的思路, 提出了激光复合精确成形的方法, 利用激光熔覆、表面形貌测量和激光铣削相结合, 实现了成形高度表面和侧面精度的实时调控。其中, 熔覆件表面三维宏观形貌测量是激光复合成形新方法中承上启下的重要环节, 在以往的研究中, 大多注重表面测量结果的分析, 并没有使表面测量结果能被铣削加工直接利用, 重点进行数据可视化软件的自主开发设计和尺寸精度的闭环控制功能实现。首先, 系统通过高速轮廓仪与二维运动平台测量熔覆件表面形貌来采集数据; 然后通过MATLAB初处理,获得表面高点和侧面凸点的大概范围; 最后利用数据可视化处理软件, 处理熔覆件凸点和高点, 得到尺寸大小与熔覆件相同且能直接被激光铣削软件利用的图片文件。试验结果表明, 处理得到的图片尺寸大小与实物一致, 通过预览显示精确度很高, 能被激光铣削软件直接利用; 根据处理图片,激光设备可有效铣削高点和凸点区域, 精度可达5 μm, 减少了熔覆件表面和侧面存在挂渣及层与层之间的台阶效应, 完成熔覆件的三维精确铣削。