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oe1(光电查) - 科学论文

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出版时间
  • 2020
  • 2019
  • 2018
  • 2016
研究主题
  • 选择性激光熔化
  • 激光束焊接
  • 激光成形
  • 激光焊接
  • 增材制造
  • 硬度
  • 力学性能
  • 激光弯曲
  • 硅
  • 双相钢
应用领域
  • 机械工程
  • 材料科学与工程
  • 复合材料与工程
  • 增材制造工程
  • 生物材料
  • 机械电子工程
机构单位
  • The University of Manchester
  • Institute for Advanced Studies
  • Delft University of Technology
  • Pusan National University
  • Nanjing University of Aeronautics and Astronautics (NUAA)
  • South China University of Technology
  • Universidade Federal de Ouro Preto
  • Xi’an Jiaotong University
  • Louisiana State University
  • University of Birjand
24 条数据
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  • 双相钢激光-电弧复合焊接的实验开发及其与激光焊和气体金属电弧焊的比较

    摘要： 双相DP600钢已广泛应用于多种汽车结构，激光焊接是连接不同部件的标准方法。本研究对比了激光焊接、弧焊（GMAW）及激光-电弧复合焊接的微观组织与力学性能。激光焊与复合焊在微观组织和力学性能方面表现相当，均能形成合格且韧性良好的焊缝。激光焊与复合焊的最大延伸率非常接近，约为14%，接近母材数值。而GMAW因马氏体回火软化导致延伸率较低，因此作为焊接工艺不可接受。

    关键词： 混合激光-气体金属电弧焊、气体金属电弧焊、双相钢、激光束焊接

    更新于2025-11-28 14:24:20

  • 采用高功率选择性激光熔化制备的高强度高导电Cu-Cr合金构件的微观组织与性能

    摘要： 尽管过去几年已研发出多种金属材料，但由于铜合金具有高反射率和高导热性，要制造出兼具高强度与高导电性的铜合金部件仍十分困难。本文通过高激光功率选区激光熔化技术成功制备出高强度高导电的Cu-Cr合金，并对热处理前后的微观组织、力学性能及导电性进行了研究对比。原始样品的微观组织为柱状晶粒，其内部包含极细的胞状亚结构和Cr及Cr2O3析出相。经热处理后，Cr颗粒从铜基体中析出，实现了强度与导电率的同步提升。最终获得抗拉强度468 MPa、屈服强度377.33 MPa、电导率98.31% IACS的优异性能，甚至优于经过轧制后热处理的样品。

    关键词： 铜铬合金、电子导电性、激光加工、微观结构、力学性能

    更新于2025-11-28 14:24:20

  • 碳纤维增强聚合物（CFRP）激光切割的参数研究及纤维取向对切割质量的影响

    摘要： 采用2千瓦光纤激光器对碳纤维增强复合材料（CFRP）进行激光切割。研究详细分析了不同激光加工参数对CFRP切割的影响，主要选取激光功率（瓦）、扫描速度（毫米/分钟）、气体压力（巴）和占空比（%）作为工艺参数，以平均切缝宽度和热影响区（HAZ）作为输出参数。实验中沿垂直于纤维方向（90o）进行切割，并通过扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）分析切缝质量、基体熔化、纤维拔出及热影响区内的基体汽化现象。当参数设置为800瓦、600毫米/分钟、3巴和25%占空比时，获得最小约184微米的切缝宽度，此时对应的热影响区约为1561微米。切缝宽度与热影响区随激光功率、气体压力和占空比的增加而直接增大，但随扫描速度提升而减小。SEM图像证实该切割工艺产生的纤维边缘基本无毛刺。研究发现基体回缩和分层（纤维拔出）是CFRP激光切割过程中的主要质量缺陷。

    关键词： 纤维分层、基体熔化、热影响区、激光切割、纤维固结、切缝宽度、碳纤维增强复合材料

    更新于2025-11-28 14:24:20

  • 激光焊接TRIP 750钢板的可焊性与力学性能

    摘要： 形变诱导塑性钢已在汽车和航空航天工业中得到开发并广泛应用。这类钢因具有贝氏体关联的先共析铁素体和显著残余奥氏体含量的复杂微观结构，展现出与高成形性相关的延展性和机械强度。其焊接性受限于合金元素含量过高——成分中的高合金含量会使热循环改变精心设计的微观结构，进而导致焊接接头力学性能不理想。激光焊接具有相对较低的热输入，因此可获得较窄的热影响区。目前已知文献尚未明确报道TRIP钢激光焊接后熔合区与热影响区的微观结构特征及其力学行为。本研究旨在通过单轴拉伸和Erichsen成形试验，表征激光焊接TRIP钢的微观结构与力学行为。采用不同激光焊接工艺参数对TRIP 750钢板试样进行焊接，分析其对材料微观结构、硬度和机械强度的影响。经初步试验确定最佳工艺参数为：激光功率900W，焊接速度50mm/s。在此条件下，熔合区几乎完全为马氏体组织，热影响区则为铁素体与马氏体的混合组织。有限元分析证实了马氏体相变过程——当材料达到马氏体开始温度时，其冷却速率达4200°C/s。熔合区平均硬度为530HV，热影响区为550HV，而母材硬度为270HV。力学性能方面，焊接试样的抗拉强度达740MPa，均匀变形阶段的延伸率达22%。焊接板材的Erichsen指数在48.5kN载荷下达到15mm，与未焊接母材相当。无论是单轴拉伸试验还是Erichsen试验，断裂均发生在远离焊缝的母材区域，表明焊接构件具有良好的韧性。

    关键词： 相变诱发塑性钢、微观组织、硬度、拉伸试验、埃里克森试验、激光焊接

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 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

  • 等离子-激光协同辅助3D打印工艺下CCF/PEEK复合材料双尺度界面结合行为研究

    摘要： 3D打印连续碳纤维增强聚醚醚酮（CCF/PEEK）复合材料因其优异的力学、热学和化学性能以及复杂结构件的可成型性而备受关注。然而，该复合材料的实际应用始终受限于两种弱结合界面——层间结合力差和碳纤维与PEEK之间的弱界面。研究采用等离子体-激光协同辅助3D打印工艺来改善双尺度界面，经优化后层间剪切强度可从5.78MPa提升至39.05MPa。通过分析失效模式与双尺度界面结合机制发现：激光主要提升层间结合力与结晶度，而等离子体通过化学-物理方式处理碳纤维表面有效增强了材料力学模量。该研究为开发适用于航空航天和汽车工业的3D打印CCF/PEEK复合材料提供了全新思路。

    关键词： 等离子体-激光协同辅助处理，双尺度界面键合，3D打印，连续碳纤维增强聚醚醚酮

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 钛基复合材料选择性激光熔化过程中热行为、流体动力学及表面形貌的介观尺度研究

    摘要： 基于随机堆积粉末床模型开发了介观尺度模拟方法，用于研究钛基复合材料选区激光熔化（SLM）过程中的热行为。系统考察了工艺参数对熔池内热行为、流体动力学及表面形貌演化的影响。结果表明：随着激光功率提升，工作温度、冷却速率和熔体存活时间显著提高；高激光功率条件下熔池尺寸增大，出现湍流流体运动，夹杂气体逸出效率提升且增强相颗粒在熔池内实现高效重排。优化工艺参数时，激光与粉末相互作用区域的温度峰值明显消失并形成3300K的最高温度，平台因热积累产生的平均工作温度高达1300K。模拟预测的熔池表面形貌随激光功率增加呈现连续孔隙→碎片状→典型规则液相前沿→湍流液相前沿及飞溅球化现象的演变规律。当激光功率200W、能量密度140J/m时，最大速度位于前后区域，熔体前进前沿的速度矢量指向熔池后部，表明辐照区熔体可实现高效补缩从而避免残余孔隙形成，最终获得液相前沿清晰、飞溅少且表面平整的良好效果。模拟表面形貌与实验测量结果一致。

    关键词： 表面形貌、热力学、介观模拟、选择性激光熔化、钛基复合材料

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 激光焊接马氏体时效钢原位时效的硬化效应

    摘要： 马氏体时效钢是已成功通过激光焊接制成结构件的超高强度合金。多数应用中，这些钢材处于时效状态以获得高达1.5GPa的抗拉强度，但焊接会导致沉淀物溶解从而引发局部软化。本文旨在研究激光焊接后马氏体时效钢板原位时效处理对减轻局部软化的效果。当预热温度为40°C（略低于马氏体转变结束线）时，在450-520°C时效温度和10-30分钟时效时长条件下，熔合区(FZ)硬度达到440-490HV，热影响区(HAZ)最高达570HV（基材(BM)为300HV）。临界区时效(570°C/1h)也使FZ硬度提升至320HV、HAZ提升至400HV。采用临界区时效时，其硬度介于室温态与淬火+时效试样之间，且FZ、HAZ与BM的硬度分布更为均匀。临界区时效焊接接头的显微组织以双相铁素体和马氏体显微组分特征显著。

    关键词： 时效处理、焊后热处理、马氏体时效钢、激光束焊接

    更新于2025-09-19 17:13:59

  • 采用原位粉末混合激光粉末床熔融技术实现三维金属-玻璃功能梯度材料构件的增材制造

    摘要： 现有的商用粉末床熔融三维（3D）打印系统通常每个组件只能打印单一材料。本文采用自主研发的基于喷嘴的多材料选择性激光熔化（MMSLM）系统，制造了成分从铜合金渐变至钠钙玻璃的功能梯度材料（FGM）。研究设计了一套原位粉末混合系统，能按选定比例混合金属与玻璃粉末，并通过多喷嘴超声振动粉末供给系统输送混合粉末。截面分析显示，梯度结构中玻璃比例从金属基复合材料（MMC）经过渡相逐渐增至陶瓷基复合材料（CMC）。激光加工过程中，纯铜合金与MMC部分结合，纯玻璃相渗入CMC部分并锚定玻璃相——这成为FGM实现3D打印件中纯金属与纯玻璃结合的主要机制。通过对梯度材料样品的压痕、拉伸及剪切测试表明：FGM的力学性能从延展性（金属侧）向脆性（玻璃侧）渐变，其最薄弱部位出现在过渡相与CMC的界面（即延性与脆性相的交界处）。

    关键词： 铜-玻璃，粉末床熔融，水平梯度结构，多材料选择性激光熔化，功能梯度材料

    更新于2025-09-19 17:13:59