采用激光熔覆技术制备了不同工艺和不同合金粉末的梯度耐磨涂层, 研究了梯度耐磨涂层的显微硬度及耐磨性。结果表明: 当激光功率为800 W时, Co47+5%ω(WC)梯度耐磨涂层的显微硬度最高, 达713 HV0.1以上, 其摩擦系数最小且具有最佳的耐磨性能, 耐磨性较基体提高了300%。相比较而言, Co47+5%ω(WC)梯度耐磨涂层具有较高的显微硬度, 其耐磨性与Ni60+5%ω(WC)梯度耐磨涂层相当, 但Ni60+5%ω(WC)梯度耐磨涂层的摩擦系数较大, 随着摩擦时间的延长, 其磨损量加剧并缩短其使用寿命; Co47+5%ω(B4C)梯度耐磨涂层的显微硬度变化较大, 同一涂层不同区域的显微硬度值在536～772 HV0.1之间浮动, 其摩擦系数最大, 耐磨性能也随之降低。

损伤曲轴的激光熔覆修复是实现发动机高质量再制造的关键技术之一。为提高因磨损、擦伤和烧伤等缺陷导致报废的曲轴激光熔覆修复的稳定性与可靠性, 首先采用YAG固体激光器对磨损损伤曲轴主轴颈进行熔覆, 进而采用手持显微镜与扫描电子显微镜(SEM)相结合的方法对熔覆层周向与径向宏观形貌和微观组织进行观测分析, 利用显微硬度仪测试沿深度和表面母线方向的微硬度值, 利用X射线应力测试仪对熔覆层表面残余应力测试。最后, 对熔覆层与基体的过渡层、熔覆浅表层等熔覆质量较差的区域以及中间质量优化区进行量化表达, 为获得最佳质量工作表面的熔覆余量等参数的确定提供依据。研究结果表明, 微观组织沿深度方向呈平面胞状晶-胞状树枝晶-树枝晶和等轴晶变化, 沿母线方向存在组织细致的结合区, 熔覆层显微硬度较基体提高2.6倍, 表面残余应力为压应力, 其中沿扫描方向的平均残余应力值为-400.8 MPa, 垂直于扫描方向的平均残余应力值-278.5 MPa。

探索不同激光加工参数对选区激光熔化成形Ti6Al4V质量的影响从而得到最佳工艺参数, 在此基础上研究不同热处理工艺对选区激光熔化成形Ti6Al4V力学性能的影响。在230、280 W两种功率下设计5种不同的扫描间距, 并改变功率和扫描速度以获得7种不同的线能量密度。设计三组热处理工艺, 分别为625、950 ℃保温30 min炉冷, 950、1 080 ℃保温30 min水冷以及950、1 080 ℃保温30 min水冷后时效。进行金相观察、硬度测量以及拉伸试验, 用电子探针观查断口形貌。结果: 280 W下的致密度最高达到99.96%。P＝150 W, V＝1 250 mm/s时试样侧面的粗糙度最低为20.7 μm。950 ℃退火后针状马氏体变成粗大的片状α板条组织, 950 ℃固溶时效后生成等轴α相以及α的混合组织。硬度最高达到418 HV0.3。利用最佳工艺成形Ti6Al4V后, 950 ℃保温30 min并炉冷可以得到较好的综合力学性能。

选区激光熔化成形过程中, 熔道与单层的成形特点在很大程度上决定了成形零件的性能。实验探究了熔道的成形特点随激光功率与扫描速度的变化规律, 分析了适合成形的熔道类型。在单层实验中, 从扫描线长度出发, 探究了在搭接过程中熔道间热影响与成形面质量联系。总结了成形熔道高度的分布规律。通过三维轮廓仪观察实验结果并与工艺相对成熟的成形结果进行对比获得了设备的工艺参数。介绍了一种填充策略, 实验验证可以有效提高成形面质量。

采用激光选区熔化(SLM)技术, 使用北京隆源自动成型系统有限公司生产的AFS-M260金属快速成型机成功制备了Ti6Al4V(TC4)钛合金试件。为了研究不同激光功率和扫描速度对SLM成形TC4钛合金机械性能和显微组织的影响规律, 利用扫描电子显微镜、万能拉伸试验机、Nikon ECLIPSE MA200金相显微镜等测试手段对SLM成形钛合金试件的断口形貌、显微组织及综合力学性能进行分析, 结果表明, 在合适工艺参数(P＝300 W, v＝1.5 m/s)条件下, 成形试件的拉伸强度可达到1 227.13 MPa, 伸长率至8.2%。严格控制成形气氛中杂质元素和氧含量有利于减少成形试件内部缺陷, 提高机械性能。由于SLM成形过程中, 显微组织不可避免会生成未熔合、小气孔等杂质相, 造成塑性性能不高, 为了进一步改善试件的塑性, 采用SX-5-12型箱式热处理炉对试件进行热处理对比分析。实验表明, 普通退火处理和再结晶退火处理方法都有利于改善材料的塑性性能, 采用再结晶退火方法可以将伸长率提高19.6%, 但拉伸强度被不同程度的削弱, 而简单的固溶时效方法不能提高试样的伸长率, 且强度略有下降。因此, 采用再结晶退火+固溶时效的热处理方式, 可以同时获得优良的合金强度和塑性性能, 但对时效温度和固溶冷却速度还需要进一步研究。

针对316L金属粉末进行选区激光熔化(SLM)成形工艺研究, 以获得高致密度块体。为了提高SLM成形效率, 对150 μm大层厚成形过程进行了研究。通过改变曝光时间, 块体试样致密度可达到99.99%, 成形率可达到8.1 mm3/s, 约为以往研究中成形率的2～8倍。此外, 还发现三种典型缺陷,熔池间未熔合缺陷, 熔池内部微孔缺陷和无规律分布的球化缺陷。熔池间未熔合缺陷可通过调整工艺参数予以消除, 微孔和球化缺陷对致密度的影响较小, 但通过调整工艺参数, 很难将其完全消除。平均屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为525 MPa、625 MPa和40.1%, 这与以往小层厚成形的拉伸性能没有明显差异, 这是由于不同层厚都具有类似的冶金结合和微观结构。

针对TA15钛合金锻件在加工和服役过程中受到的损伤, 对预损伤试样进行激光快速修复, 并将部分修复试样开中心孔, 研究修复后无孔试样和中心孔试样的显微组织和室温拉伸性能。采用光学显微镜和扫描电子显微镜分析了试样金相组织以及拉伸断口。结果表明, 修复区有粗大的原始柱状β晶粒, 晶粒内有细小的α/β片层组织; 热影响区呈现了基体的双态组织到激光修复区α/β片层组织的渐变。修复后无孔试样和中心孔试样的抗拉强度和屈服强度较母材有所提高, 中心孔试样的抗拉强度和屈服强度增量小于无孔试样, 但其各性能均能达到母材性能要求。

利用激光增材制造技术, 在钛合金基体表面制备氧化铝增强镍基合金涂层。分析了柱状晶的生长过程, 在增材制造合金件过程中, 顶部会形成一层等轴晶, 而内部柱状晶会穿过多层沉积层外延生长。当激光功率为1 500 W时, 组织相主要为短小柱状晶, 当激光功率增大时, 短小柱状晶逐渐变成细长柱状晶, 同时柱状晶粒宽度尺寸也相应变大。当扫描速率V从0.6 m/min梯度变化到1.2 m/min时, 柱状晶的尺寸宽度也随之减小。此外可通过控制扫描速率来定向调节柱状晶的形成角度。

实验分析了不同工艺参数的激光冲击处理对5083铝合金力学性能的影响, 结果表明:与未处理试样相比(336.44 MPa, 99 HV), 经过激光能量密度4.47 GW/cm2与5.62 GW/cm2冲击处理后, 试样的抗拉强度分别提升至347.02 MPa与353.13 MPa, 硬度分别提高了17%与27%。同时, 晶粒的尺寸与未处理试样相比明显变小, 晶粒细化明显。综上所述: 激光冲击强化产生的塑性变形引起的晶粒细化能有效提高材料的抗拉强度与表面硬度。

对高速列车制动盘进行表面改性提高耐磨性是制动盘发展的趋势, 但激光熔覆镍基自熔性合金粉末后显微硬度过高, 且随熔覆层厚度增加开裂趋势越明显。为此, 研究采用微合金化技术, 探索微量合金元素对熔覆层组织及性能的影响, 通过依次添加不同含量的V、Ti、B、Si等合金元素, 优化粉末配比, 进而达到改善熔覆层目的。研究结果表明: Ti粉末晶粒细化的效果比V粉末更加明显, 最佳添加量为1%; B粉末、Si粉末优化含量分别为3.5%和4.5%。熔覆试样摩擦磨损性能测试表明: 优化配方的合金粉末熔覆层磨损率低, 耐磨性佳, 与微观组织观察、显微硬度及成形性的结果相吻合。

采用光纤激光对2 mm厚T2紫铜板和SUS304不锈钢板进行焊接, 研究了激光偏角、离焦量以及焊接速度对焊缝成形的影响规律。结果表明, 激光偏角为正,离焦量为正以及合适的焊接速度下可以获得焊缝成形良好的接头。研究还发现, 在熔池的流动搅拌作用下, Fe元素呈杂乱状卷入焊缝中, 弥散分布或聚集呈块状或条状分布在焊缝中, 铜和钢导热系数的巨大差异导致焊缝两侧的成形过程不同。

利用IPG公司YLS-6000型光纤激光器对X100管线钢进行了激光拼焊, 研究了热输入对焊接接头的宏观形貌、显微组织、力学性能及耐腐蚀性能的影响规律。研究结果表明, 随着热输入的减小(150→129→113 J/mm), 焊接接头宽度及焊缝的凹陷量均逐渐减小, 相对比而言热输入为113 J/mm时获得的焊接接头宏观形貌最佳。三种热输入条件下焊接接头各微区的显微组织类型未发生明显变化, 焊缝区和粗晶区组织均为板条马氏体, 细晶区组织以马氏体为主但存在少量的贝氏体, 混晶区组织则为贝氏体和铁素体的混合组织。热输入对焊接接头各微区硬度值的影响不明显, 焊接接头峰值硬度均位于焊缝和粗晶区附近, 为346 HV左右; 细晶区随着远离焊缝中心硬度逐渐下降, 混晶区硬度达到最低值, 为283 HV左右。三种热输入条件下混晶区内均出现软化区, 软化区宽度、硬度降幅均随着热输入的减小而减小。焊接接头的耐腐蚀性规律为: 焊缝最差, 热影响区次之, 母材最佳, 其主要原因在于焊缝区和热影响区组织内部均包含高位错密度的马氏体, 导致其耐腐蚀性恶化。

采用10 kW碟片激光器和电弧复合焊接5 mm厚304不锈钢, 通过优化实验得出激光-电弧复合焊接的最佳参数, 并利用光学显微镜、维氏硬度计和拉伸试验机分析了焊接接头的组织性能和力学性能。结果表明, 激光-电弧复合焊接可得到成形良好、无明显缺陷的焊接接头。焊缝组织分布均匀, 排列整齐, 晶粒细化。拉伸性能: 抗拉强度303 MPa, 断后伸长率49.5%, 屈服强度677 MPa。抗拉强度和断后伸长率较母材略微减小, 分别为母材的84.6%和97%, 屈服强度有所上升。焊缝硬度值比母材大, 最大值为205.41, 且硬度变化呈现下降, 上升再下降的规律。

采用高速摄像仪和多通道光谱仪对CO2激光深熔焊接过程中的光致等离子体进行了实时观测和分析, 在局域热力学平衡(LTE)条件下, 利用多谱线斜线法计算了等离子体的温度, 并定量的研究了稳定的激光深熔焊接过程中等离子体的时间特性, 并分析了等离子体的振荡特性与焊接稳定性的关系及其对焊缝成形的影响。研究表明, 在稳定的激光深熔焊接过程中, 光致等离子体成一定频率振荡, 上下起伏的振荡频率和尺寸大小波动的频率大致相符, 其频率基本和焊缝表面鱼鳞纹条纹的生成频率一致。而在激光深熔焊接过程的不稳定阶段, 对应的焊缝表面鱼鳞纹的生成频率和等离子体的振荡频率差异很大。

应用ABAQUS软件对激光冲击处理2024铝合金的残余应力场进行三维有限元数值模拟。详细讨论了激光功率密度、光斑尺寸、脉冲宽度(脉宽)以及冲击次数等参数对残余应力场的影响规律。计算结果表明, 光斑中心位置的残余压应力值随着激光功率密度的增大出现先增大后减小的趋势, 在激光功率密度6.19 GW/cm2 时其值最大; 光斑半径的增加主要对残余压应力层深度影响较大; 表面残余压应力最大值随着脉宽的增加而增加; 冲击次数在一定阈值范围内, 光斑中心的残余压应力增幅明显, 之后逐渐趋于饱和。在一定参数范围内, 残余压应力层深度随脉宽和冲击次数的增加而增大。

考察了不同清洗速度下激光清洗钛合金积碳表面的形貌、元素组成以及相对含量的变化。结果发现: 清洗速度对激光清洗钛合金积碳表面的形貌以及所含的C元素相对含量有很大影响。清洗速度为3.0 cm2/s时, 钛合金表面会出现明显的激光光斑痕迹, 表面出现烧伤现象; 清洗速度为7.0 cm2/s时, 激光清洗表面所含C元素的相对含量为0 Wt%, 激光清洗效果最好。

线缆被广泛应用在各个领域,但是传统的线缆绝缘层剥离技术在效率、精度方面都存在着不同程度上的缺陷。与传统方法相比, 激光剥离技术在效率和精度等方面有着独特的优势。通过对RG113线缆绝缘层激光剥离技术进行理论分析, 试验研究探究激光功率、扫描速度、频率、离焦量等参数对RG113线缆绝缘外皮的剥离质量的影响,并基于单因素试验研究结果进行了正交试验优化, 得到了较优的剥离加工参数, 即平均功率取17 W, 激光扫描速度取4 mm/s, 频率取45 kHz, 离焦量取-0.5 mm。最后通过该参数对绝缘进行剥离加工分析, 绝缘层完全被切透且切口宽度只有0.375 mm, 达到了较优的剥离效果。

针对当前激光多普勒测速技术只能应用于二维平面运动载体导航这一现状, 对该技术在飞行器三维空间运动导航中的应用进行了探索性研究。首先, 通过对激光多普勒波束配置特性进行分析, 提出了能够最大程度获取飞行器导航信息的激光多普勒波束配置方案。随后, 利用多普勒频移理论建立了相应的激光多普勒导航状态方程, 并针对状态方程太少, 无法求解这一现状, 提出了一种交叉采样解算法分时解算飞行器各状态量, 通过推导得到了飞行器的速度、姿态解算公式, 实现了对所有导航状态量的解算。最后, 根据所提出导航解算方案的特点, 对激光多普勒测速仪在实际飞行器导航中的应用方式进行了分析, 提出了相应的导航策略, 并通过对某飞行器进行六自由度仿真对所提出的方法进行了验证, 仿真结果证明了设计方案的正确性和有效性。

由于激光雷达点云数据有无序性、稀疏性和信息量有限的问题, 提出了一种能够将点云数据与对应图像进行三维图像重建的算法, 该方法首先将点云数据体素化, 利用点特征直方图有效地选择深度点进行标记并消除体素中的异常点; 针对传统插值方法估计精度低的缺陷, 利用高斯过程回归方法强大的非线性拟合能力和小样本学习能力, 提高了内插点估计精度, 获得稠密点云; 最后利用马尔科夫随机场对图像灰度数据和三维插值点进行融合来构建三维深度图。定性定量仿真实验结果表明, 提出的算法大大提升了三维重建的鲁棒性与重构精度, 可用于复杂路况中的无人驾驶应用。

针对激光超声检测过程中, 缺陷的分类、定位及特征难以识别的问题, 根据激光超声遇到不同裂纹呈规律性变化的特点, 采用神经网络对在激光超声检测中出现的缺陷特征进行统计识别。对采集到的激光超声信号归一化和规范化后, 首先计算每个信号的均值、均方根值、峰值、峭度等十个统计特征, 并将这些特征组合成一个等长的特征向量, 然后采用径向基(RBF)神经网络识别。经过计算发现总的识别正确率为95%, 部分类型的缺陷识别可以达到100%, 较低的识别正确率也在80%以上。实验结果表明, 该方法能精确、高效地识别裂纹缺陷且对环境的适应能力比较好, 有助于实现对裂纹的定量检测。

为了改善高能固体激光器由于激光增益介质的热畸变限制了激光器在大能量输出时保持高光束质量的能力, 提出一种基于离轴混合腔的高能双板条热容激光器, 并进行了实验研究。实验结果表明该激光器的双板条结构, 具有对温度分布不均匀造成的激光波面畸变实现部分自校正的能力。再配合离轴混合腔的使用, 可大大提高激光器的光束质量。实验中采用了两块尺寸为100 mm×20 mm×500 mm的大尺寸钕玻璃板条, 激光器的阈值泵浦电压大约是2 400 V左右, 斜效率为3.4%。当泵浦电压为3 400 V时, 激光器的输出脉冲能量达到158.07 J。泵浦电压为2 800 V时, 分别对近场和远场的光斑进行测量, 可计算得到非稳腔和稳腔方向的发散角分别为1.245 9 mrad和1.545 9 mrad。

目的: 探究 Nd: YAG激光辅助治疗慢性龈炎的临床疗效。方法: 选取120例慢性龈炎患者, 随机分配为两组, 实验组进行全口龈上洁治术后用Nd: YAG激光进行处理, 对照组仅进行全口龈上洁治术, 分别对两组进行术后即刻反应、术后3天、7天恢复情况进行观察。结果: 术后即刻反应情况及术后3天恢复情况, 两组具有显著性差异; 但术后7天恢复情况, 两组差异无统计学意义。结论: 应用Nd: YAG激光辅助治疗慢性龈炎可有效改善患者术后反应, 帮助炎症快速消退, 缩短恢复期。