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高反射率材料红外激光焊接中功率调制对能量耦合效率影响的机理研究
摘要： 高反射率材料（如镁、铜和铝）会导致其红外激光焊接过程的热效率较低。本研究选用AZ31镁合金来探究功率调制对高反射率材料激光焊接中能量耦合效率的影响，建立了能量耦合效率与调制参数之间的关系模型。优化后的调制功率激光焊接，其能量耦合效率约为恒定功率焊接的1.58倍。通过分析焊接过程中小孔演化及沿小孔壁产生的压力分布，探究了其作用机理。采用半夹层法结合高速摄像技术，观察了常规材料（Q345钢，反射率65%）与高反射率材料（AZ31，反射率85%）在激光连续焊接过程中的小孔演化情况。结果表明：通过功率调制提高高反射率材料激光焊接过程能量耦合效率的关键在于形成深小孔并延长其存在时间。当瞬时功率从峰值下降时，小孔底部仍保持足够的反冲压力以抵抗液态金属的表面张力和静水压力，这是大深度小孔能够长时间存在的根本原因。
关键词： 激光焊接、镁合金、反冲压力、小孔效应、高反射性材料、功率调制
更新于2025-11-28 14:24:20
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采用长脉宽纳秒脉冲激光对碳纤维增强聚合物进行锁孔切割
摘要： 研究了一种近红外波长高能纳秒脉冲激光对两种不同纤维排布方式碳纤维增强聚合物（CFRP）的加工性能。该研究首次证明：采用长脉宽模式（120纳秒）的高能纳秒脉冲激光可实现CFRP材料锁孔模式切割。值得注意的是，尽管短脉宽Q开关模式（8纳秒）具有更高峰值激光功率密度，但对CFRP材料的材料去除效果不佳。在长脉宽模式下，进一步通过多道次直线与轮廓切割实验，研究了激光工艺参数对加工表面完整性的影响，并探讨了两种脉冲模式的等离子体吸收效应。结果表明：仅需6道激光切割即可穿透2.2毫米厚的正交铺层CFRP板，配合氩气辅助气体可获得热影响区小、纤维拔出少的优质加工表面。本研究成功实现了高能纳秒脉冲激光高效加工CFRP的关键突破，并揭示了CFRP激光加工特有的能量吸收机制。
关键词： 激光切割、小孔效应、长脉冲、纳秒脉冲激光、碳纤维增强聚合物
更新于2025-11-21 11:08:12
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液滴过渡对A7N01P铝合金激光脉冲熔化极惰性气体混合焊接气孔形成的影响
摘要： 研究了焊接参数对A7N01P-T4铝合金激光脉冲熔化极惰性气体保护焊（MIG）混合焊接中气孔形成的影响。采用GG17玻璃与A7N01P-T4铝合金组成的"三明治"结构，研究了不同送丝速度下小孔的形成及动态行为。通过扫描电子显微镜和X射线无损检测仪分析了气孔类型与形貌。实验结果表明：熔滴过渡模式影响小孔稳定性，大熔滴对激光的阻隔效应会导致小孔底部闭合，在熔池中形成小孔诱导气孔。随着送丝速度增加，熔滴尺寸减小，因此在激光脉冲MIG混合焊接中选择合适的送丝速度可减小阻隔效应，有效降低焊缝中加工气孔的形成。
关键词： 激光脉冲金属惰性气体焊接、熔滴过渡、气孔、小孔效应、熔池
更新于2025-09-19 17:13:59
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AZ31B镁合金激光-TIG复合焊接新型热源模型
摘要： 采用CAE软件建立了由倒锥形热源和旋转高斯体热源组成的新型热源模型，用于分析激光-TIG复合焊接的小孔效应。其中倒锥形热源用于模拟激光与电弧快速加热形成的焊池宽大上部区域，旋转高斯体热源模型则用于分析激光作用形成的细长下部熔池。结果表明：相比其他单一热源模式，该新型热源模型能更准确地模拟熔池形貌，尤其小孔附近的拐点特征，为预测镁合金激光-TIG焊接熔池形态与尺寸提供了新方法。
关键词： 焊缝熔池形状、小孔效应、镁合金、激光-TIG复合焊接
更新于2025-09-16 10:30:52
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镁含量对铝镁合金深熔激光焊接中小孔行为的影响
摘要： 本文研究了Mg含量对5754、5083和5A06铝镁合金激光焊接过程中小孔行为的影响。通过图像处理方法从高速图像中提取蒸汽羽流和小孔区域的特征。Mg含量的增加导致金属蒸发引起的流体动力压力增大，以及作用于小孔壁面的表面张力减小。强烈的金属蒸发和表面张力降低有助于小孔形成，这两者共同导致形成大尺寸、深熔透且小孔坍塌频率低的小孔。然而，金属蒸气的影响可能因蒸发增强以及表面张力和粘度降低而加剧，从而导致焊缝熔池后部频繁产生鼓包并影响焊缝成形质量。
关键词： 激光焊接，铝镁合金，羽流，蒸发，小孔效应
更新于2025-09-16 10:30:52
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激光粉末床熔融中熔池过程动力学与孔隙形成的计算研究
摘要： 在激光粉末床熔融增材制造过程中，孔隙的存在可能导致裂纹并显著影响零件性能。全面理解熔池过程动力学和孔隙演化有助于提高构建质量。本研究采用新型多物理场计算流体动力学（CFD）模型，探究熔池流体动力学行为及其导致的孔隙缺陷。为准确捕捉熔化与凝固过程，模型中考虑了表面张力、蒸发及激光多次反射等关键物理过程。通过附加数值模拟采用离散元法建模铺粉过程。通过多次单道实验获取熔池形貌与截面尺寸信息，预测的熔池尺寸与实验测量结果吻合良好——例如熔池宽度误差范围为1.3%至10.6%，熔池深度误差范围为1.4%至15.9%。针对激光功率350W、扫描速度100mm/s的工况，CFD模拟与X射线计算机断层扫描均检测到孔隙。匙孔形成可能与熔池前壁角度相关，研究发现前壁角度随激光线能量密度增加而增大。此外，更高的激光功率或更低的扫描速度会促进匙孔诱导孔隙的产生，并形成更大尺寸的孔隙。
关键词： 增材制造、熔池、计算流体动力学（CFD）、不锈钢、离散元法（DEM）、小孔效应
更新于2025-09-12 10:27:22