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oe1(光电查) - 科学论文

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出版时间
  • 2020
  • 2019
  • 2018
研究主题
  • 激光焊接
  • 激光粉末床熔融
  • 增材制造
  • 选择性激光熔化
  • 激光加工
  • 孔隙形成
  • X射线成像
  • 混合接头
  • 决策制定
  • 激光辅助连接
应用领域
  • 材料科学与工程
  • 机械工程
  • 复合材料与工程
  • 增材制造工程
  • 生物材料
  • 金属材料工程
机构单位
  • The University of Manchester
  • Harbin Institute of Technology
  • Purdue University
  • Delft University of Technology
  • Missouri University of Science and Technology
  • Nanjing University of Aeronautics and Astronautics (NUAA)
  • South China University of Technology
  • Nanjing University of Science and Technology
  • Pusan National University
  • Perm National Research Polytechnic University
19 条数据
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  • 一种基于图像的激光粉末床熔融羽流特征监测统计学习方法

    摘要： 金属增材制造工艺的工业突破主要集中于航空航天和医疗等高度监管领域，这些领域对零部件及工艺认证具有极高要求。因此，业界日益关注能在加工过程中实时监测缺陷与不稳定状态的工具——这类工具能从工艺初始阶段就捕捉异常。实时测量数据可视为工艺行为的"特征签名"和最终零件质量的间接指标。本研究基于这样的理念：激光粉末床熔融（LPBF）工艺的副产物可作为过程特征来设计统计监测方法。具体而言，本文提出通过原位红外（IR）视频成像监测材料蒸发及周围气体加热形成的羽流，以此监控LPBF工艺。随着工艺自然动态变化，羽流的形态会在连续帧间自然改变，这种羽流描述符的多模态模式限制了传统统计监测技术的有效性。为此，我们提出名为K图的非参数控制图方案，该方案能根据监测数据的动态变化模式自适应调整报警阈值。通过锌粉LPBF的实际案例研究，验证了该方法在检测不稳定状态初期的能力——尽管锌因生物医学应用潜力巨大，但其低熔沸点特性给LPBF工艺带来特殊质量挑战。对比分析突显了本方法相较于其他竞争技术的优势。

    关键词： 工艺羽流，金属增材制造，激光粉末床熔融，红外成像，在线监测，锌

    更新于2025-11-28 14:24:20

  • TZM合金光纤激光焊接搭接接头微观组织与力学强度分析

    摘要： 尽管钼合金具有高熔点、高温强度和抗蠕变性能，但由于其焊接性差，焊后易产生气孔和接头脆化等严重缺陷，其在结构部件中的应用受到极大限制。本研究通过系统实验探索了0.5毫米厚钛锆钼（TZM）合金搭接激光焊接的可行性。结果表明气孔是TZM激光搭接焊中最突出的问题。相比采用氦气保护、不同保护气体流量、添加合金元素及改变热输入量等措施，在焊缝界面设置0.09毫米间隙对减少气孔最为有效——该工艺使焊缝气孔率降至3%。板-条焊接接头的抗拉强度可达母材的60%，而采用0.09毫米间隙的搭接接头在拉伸剪切试验中获得的断裂应力约为142兆帕。气孔与脆化现象共同导致了焊接接头强度与延展性的降低。

    关键词： 孔隙率、机械性能、钼合金、激光焊接

    更新于2025-11-28 14:24:20

  • 预存晶核对Zr基金属玻璃激光焊接过程中结晶的影响

    摘要： 本研究中，对Zr基（Zr52.5Ti5Al10Ni14Cu17.9）块体金属玻璃（BMG）进行激光焊接实验，发现预存晶核密度对其结晶行为具有显著影响?；诰湫魏?生长理论得出：少量预存晶核可使BMG的时间-温度-转变（TTT）曲线从经典的"C形"转变为"ε形"。该结论揭示了相同BMG在加热与冷却过程中TTT曲线形态差异的机理基础。研究定义了两个质量因子来表征预存晶核密度的影响，并通过将经典形核/生长理论与传热模型相结合，研究了含预存晶核BMG在激光焊接过程中的晶相演变规律，模型预测结果与实验数据吻合良好。

    关键词： 结晶、成核与生长、激光加工、金属玻璃、非晶合金

    更新于2025-11-28 14:24:20

  • 激光直接沉积制备的85W-15Ni合金工艺参数对其显微组织和拉伸性能的影响

    摘要： 采用激光直接沉积技术，通过不同工艺参数（激光功率与扫描速度）制备了板状85W-15Ni部件。研究了工艺参数及其对应的激光能量密度对85W-15Ni试样微观组织特征、相组成及拉伸性能的影响。结果表明：试样相对密度随激光能量密度增加而提升，当激光能量密度达到380-400 J/mm3时致密化趋势开始减缓，但最高密度值出现在425 J/mm3激光能量条件下。随着激光能量密度增大，沉积层结合区域出现更多无序细小的W枝晶，层中心区域形成更多W-W晶界。不同工艺参数制备的85W-15Ni试样均由W相和γ-Ni相构成。为改善拉伸性能，需提高激光能量密度以获得更致密结构并减少残余孔隙或间隙，但过高的激光能量密度会导致更多不利于拉伸性能的W-W晶界形成。最佳拉伸性能在395 J/mm3激光能量密度下获得。

    关键词： 85W-15Ni，激光直接沉积，拉伸性能，激光能量密度，微观组织表征

    更新于2025-11-28 14:24:20

  • 通过新型双激光温激光冲击喷丸增强AA6061-T6与TZM合金激光焊接接头的焊缝强度

    摘要： 本文通过温激光冲击喷丸（wLSP）后处理工艺提升激光焊接接头强度的实验研究。采用双激光系统同步加热试样至设定温度，并对AA6061-T6与TZM合金的激光焊接接头实施wLSP处理。通过高功率光纤激光器制备搭接与平板堆焊两种构型的焊接接头并进行wLSP后处理。拉伸测试表明：经wLSP处理的AA6061-T6试样强度较原始焊态提升约20%，塑性提高30%；TZM合金平板堆焊接头经wLSP处理后强度提升约30%，搭接接头强度提高22%。有限元分析显示wLSP产生的压应力深度及幅值均大于室温激光冲击喷丸（rtLSP），这是接头强度提升的关键因素。

    关键词： Al6061，温激光冲击强化，强度提升，激光焊接，TZM

    更新于2025-11-28 14:24:20

  • 激光参数对铜焊缝拉伸剪切强度的影响

    摘要： 汽车行业动力总成的电气化对高载流能力的电连接器提出了需求。这类连接器通常采用超声波焊接技术实现。若用激光焊接替代超声波焊接，可使焊带横截面积增大5倍，从而相应提升最大传输电流。横截面积的增加会导致加工过程中焊缝承受的载荷（至少5倍）升高。为降低热输入量，需最大化焊缝在剪切方向的强度?；诖硇允匝负谓峁梗?0×0.3 mm2），本研究探究了不同激光参数对搭接接头极限抗剪强度的影响，变量参数包括：激光波长（约1050 nm红外光+515 nm倍频光）、聚焦直径（42-300 μm）、基材不同热处理状态、工艺参数（激光功率0.6-4 kW与进给速度50-800 mm/s）及焊接策略（单道焊接、空间光束调制）。所用材料为Cu-ETP（纯度>99.9%铜）。所有测试参数下观察到的失效模式均为"熔合区断裂"。即使参数变化达到一个数量级，所有实验的极限抗剪强度仍维持在188 N/mm2左右，这与预期的激光参数与力学性能关系相矛盾，本文将对此差异展开讨论。

    关键词： 承载能力、延性焊缝、摆动、光纤激光焊接、剪切强度

    更新于2025-11-28 14:24:20

  • 激光熔覆工艺产生的具有穿透性微孔的HSS涂层

    摘要： 本文致力于通过采用非规则激光熔覆（LC）方法来提高硬质涂层的耐久性。本研究旨在证明，通过生成锁孔模式LC涂层可在界面处形成功能梯度结构，从而有助于降低由异种钢构成的涂层-基体系统中的穿透深度残余应力梯度。实验采用精密LC系统完成，该系统由工业机器人（KUKA）和1千瓦Yb光纤激光器（IPG Laser）组成。实验涂层以冷作模具钢基体AISI D2为基底，使用高速钢（HSS）粉末AISI M2制备。通过对比分析横截面形貌、元素成分、涂层内部显微硬度分布及摩擦学测试，对两种不同方法制备的涂层性能进行了评估。结果表明：具有锁孔模式穿透的涂层因稀释量较大而硬度较低，但获得了界面处性能的平滑过渡。尽管硬度差异显著，两种涂层均表现出极为相似的摩擦学行为。

    更新于2025-11-28 14:24:20

  • 小孔蒸汽中烟尘颗粒的影响

    摘要： 在激光材料加工过程中，激光束能量需要高效且稳定地传输至加工区域以确保加工过程持续稳定。然而，来自小孔的飞溅物或喷射颗?；嵛蘸蜕⑸浼す饽芰?，导致热输入不均匀，并可能引发气孔等缺陷。由于这些喷射物尺寸微小且速度极高，其从小孔喷出后对激光束能量传输的影响尚未完全明确。本研究通过模拟小孔壁运动推导出颗粒特性，并计算了这些颗粒在侧向?；て迳淞髦械男形?，从而确定颗粒脱离激光束且不再干扰能量向加工区域传输的高度。研究发现，在略低于材料表面的离焦位置（该处熔池尺寸最大），颗粒动量值较低。这些现象表明烟尘颗?？赡苁窍拗颇芰渴渌偷脑蛑?。通过调整小孔参数以实现更稳定的小孔状态，可提升加工效率。

    更新于2025-09-23 15:23:52

  • 激光辅助聚合物-金属混合结构连接中的模糊决策

    摘要： 开发了一种模糊决策方法来优化聚合物-金属混合结构的激光辅助连接工艺。采用基于实验设计的系统化方法识别并解释各工艺参数（即激光能量和激光功率）对响应变量（即最高工作温度和剪切强度）的影响。随后构建了模糊-遗传算法组合模型，以寻找能满足最佳加工性能要求（包括适宜的工作温度范围和最高剪切强度）的最佳输入参数组合。遗传算法的应用涉及最优名义回归模型的选择及模糊数的优化，从而在最小不确定度水平下整合了大部分实验数据。实验结果表明：采用150W激光功率和2kJ激光能量时，该连接工艺成功实现了混合结构随时间推移的充分粘接，剪切强度达到近29MPa。此外，模糊工艺图谱能筛选出在最低不确定度水平下实现预期工艺输出的参数组合，同时提供模型的不确定度量值。结果显示：2250J的低激光能量与120-140W的激光功率组合，在工作温度（343-520°C）、剪切强度（>26MPa）及不确定度水平（隶属度>0.9）方面提供了最优解决方案。

    关键词： 混合接头、决策制定、激光辅助连接、模糊逻辑

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 激光粉末床熔融增材制造过程及高能密度激光焊接中孔隙形成机制的直接观测

    摘要： 激光粉末床熔融（LPBF）是一种能够制造传统工艺无法实现的复杂几何形状部件的3D打印技术。然而，打印过程中形成的气孔会损害部件的力学性能，严重阻碍其广泛应用。本研究报道了LPBF过程中观察到的六种气孔形成机制。我们的结果再次证实了三种已知机制——匙孔诱导气孔、原料粉末导致的气孔以及激光熔化时因挥发性物质汽化或微小封闭气体膨胀沿熔合边界形成的气孔。同时发现三种新机制：(1) 表面波动捕获的气孔；(2) 浅凹坑区波动导致的气孔；(3) 裂纹引发的气孔。这些发现为LPBF过程中的气孔形成机制提供了直接证据和深入见解，可指导气孔消除/缓解方法的开发。由于本研究涉及的某些激光加工条件与高能密度激光焊接情况相似，该结果对激光焊接也具有参考价值。

    关键词： 孔隙形成、激光粉末床熔融、X射线成像、激光焊接、增材制造

    更新于2025-09-23 15:21:01