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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
  • 铝
  • 激光成形
  • 激光束焊接
  • 微观结构
  • 力学性能
  • 热处理
  • 铜
  • 钛铌合金
  • 原位合金化
应用领域
  • 机械工程
  • 材料科学与工程
  • 机械电子工程
  • 复合材料与工程
机构单位
  • Chinese Academy of Sciences
  • Aalborg University
  • University West
  • Technical University of Munich
  • Nanjing University of Aeronautics and Astronautics (NUAA)
  • Xinjiang University
  • Xiangtan University
  • RWTH Aachen University
  • Louisiana State University
  • Université du Québec à Rimouski
21 条数据
?? 中文（中国） ▾

  • 碳纤维增强复合材料（CFRP）光纤激光切割切口质量研究

    摘要： 采用2千瓦多模光纤激光器研究了碳纤维增强复合材料（CFRP）板材的激光切割工艺，重点分析了切口宽度、切口深度、基体蒸发宽度、基体回退宽度、切口锥角、基体损伤区及切割表面形貌等质量指标随激光功率、扫描速度和激光扫描道次的变化规律。通过设计大工艺窗口的系统实验，确定了影响切口宽度、深度、基体蒸发宽度和回退宽度的关键参数，并验证了光束扫描速度是抑制热损伤的主导因素。研究发现切割表面各碳纤维上均存在环状痕迹，推测为纤维径向热熔所致。增加激光扫描道次有助于形成高度熔合的平滑表面，从而有效防止纤维分层与拔出现象。通过综合对比各项切割质量指标，最终确定了最优工艺参数组合。

    关键词： 光纤激光切割、最佳工艺条件、切割质量因素、热损伤、碳纤维增强塑料（CFRP）

    更新于2025-11-28 14:24:20

  • 激光快速凝固法制备的纳米结构Al2O3-ZrO2共晶层的微观结构表征

    摘要： 本工作通过激光辐照快速凝固工艺，在常规烧结的Al2O3-ZrO2陶瓷表面制备出厚度约1000微米、无裂纹和孔隙的纳米结构Al2O3-ZrO2共晶表层。采用扫描电子显微镜和拉曼光谱表征了熔池形貌与微观结构，建立了熔池几何形态随激光功率和扫描速度的演变规律：低速时熔池俯视图呈圆形，高速时逐渐演变为椭圆形。激光重熔层表面发现尺寸为100-200微米的孤立Al2O3-ZrO2共晶团簇，其形成于自发形核的枝晶状ZrO2核心周围，共晶团簇相间距为190-280纳米。对数坐标下共晶间距随生长速率的变化基本符合线性关系λ=KV-0.4（二元回归分析）。根据Jackson-Hunt共晶凝固理论（JH理论）预测，共晶间距与生长速率的平方根倒数成正比，比例常数为3.32。该共晶团簇由α-Al2O3、t-ZrO2和m-ZrO2相组成，其中α-Al2O3和t-ZrO2为主导相，m-ZrO2相含量随激光扫描速度降低而增加。

    关键词： Al2O3-ZrO2纳米共晶层，激光重熔，表面纳米结构化

    更新于2025-11-28 14:24:20

  • 利用光学相干断层扫描技术对高亮度激光束源进行在线焊缝深度测量

    摘要： 由于电驱动应用中对激光焊缝深度精确定义的需求日益增长，过程在线监测与控制的重要性也随之提升。为应对工艺数据采集的挑战，本文提出采用新型传感器概念实现高亮度激光源深熔焊过程的监测。实验表明，通过对比传感器测量的材料表面距离与小孔底部距离，光学相干断层扫描（OCT）可用于焊缝深度测量。本研究首次将该测量原理应用于高聚焦激光束源的焊接过程观测：首先开展预实验研究入射角、材料及焊缝几何形状对传感器信号质量的影响，使用聚焦直径320μm的多模光纤激光器时，测量结果显示铝与铜存在显著特性差异；随后将这些测量信号特性发现应用于光斑直径仅55μm的单模光纤激光焊接，其OCT测量光束光斑直径约50μm（略小于单模加工光束）。通过多样化测试确定了该测量方法的极限性能，结果表明OCT技术能同时适用于多模激光与高聚焦单模激光的焊缝深度在线监测，并识别出材料特异性熔池动力学、特征反射与吸收特性等多种信号影响因素。

    关键词： 高亮度激光束源、焊缝深度测量、光学相干断层扫描、激光束焊接

    更新于2025-11-28 14:24:20

  • AlxCu0.5FeNiTi高熵合金激光表面合金化的冶金与侵蚀研究

    摘要： 通过激光表面合金化技术在AA1050铝基体上预混高纯度Cu、Fe、Ni和Ti粉末，合成了AlxCu0.5FeNiTi高熵合金涂层，旨在提高显微硬度和抗冲蚀性能。分别采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和维氏显微硬度计对相组成、微观结构和显微硬度进行研究。利用空气喷射冲蚀装置测试了AlxCu0.5FeNiTi涂层的冲蚀行为。SEM图像显示存在三个区域，这些区域的百分比成分通过能谱仪测定。AlxCu0.5FeNiTi涂层的XRD分析证实这些区域为无序BCC相与两种FCC固溶体相的混合物。该高熵合金涂层的显微硬度是AA1050铝基体的18倍。结果表明，AlxCu0.5FeNiTi高熵合金涂层具有优异的抗冲蚀性能。

    关键词： 激光表面合金化，显微硬度，微观结构，高熵合金，侵蚀速率

    更新于2025-11-21 11:18:25

  • 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粒会吸收和散射激光能量，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粒可能是限制能量输送的原因之一。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

  • 20千瓦激光焊接技术应用于国际热核聚变实验堆校正线圈外壳焊接

    摘要： 国际热核聚变实验堆校正线圈外壳采用高强度、高韧性的重型厚壁奥氏体不锈钢316LN制造。底部与顶部校正线圈(BTCC)外壳尺寸为2.5×7平方米，横截面239.8×146.7毫米；侧部校正线圈外壳尺寸为7.2×7.6平方米，横截面147.8×168毫米，这些外壳将在绕组包插入后进行封口焊接。20毫米的焊接深度、数十米的焊接长度、严格的焊接要求、大型尺寸及复杂构型为封口焊接带来巨大挑战。选用20千瓦高功率激光焊接作为主要焊接方法，因其具有潜在焊接变形控制优势及优异的穿透能力与抗裂性能。研发的焊接参数可覆盖0至0.5毫米装配间隙并保持良好焊接质量。专门设计测试试板进行焊接工艺评定，通过弯曲、拉伸和冲击等试验验证接头性能。最终完成全尺寸BTCC外壳焊接，超声检测确认绝大多数焊缝符合质量要求。实测温度低于250°C表明焊接热影响不会损害内部绕组包。内表面尺寸偏差小于4毫米，满足BTCC外壳±2毫米的公差要求。

    关键词： 奥氏体不锈钢、国际热核聚变实验堆（ITER）、焊接变形、裂纹、20千瓦激光焊接

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 采用光纤激光热处理的AISI 4340钢圆柱试样力学行为分析

    摘要： 本文描述了一种通过3千瓦光纤激光源对AISI 4340钢圆柱形工件进行热处理来分析和改善其机械性能的方法。近年来获得的研究和专业知识表明，通过热处理改善AISI 4340钢的机械性能可显著减小设计尺寸，从而优化产品的最终重量。了解激光热处理对机械性能和疲劳寿命的影响可实现设计尺寸的大幅优化。本研究探究了激光热处理参数的控制效应，以优化直径为9.00毫米校准段的AISI 4340钢圆柱标准试样的机械性能。通过实验与数值建模指导硬化层深度控制及其均匀化。采用拉伸试验、疲劳试验（滞后环）、显微硬度、光学显微镜和扫描电子显微镜测量来评估实验设计的每种工况。结果表明，与未硬化样品相比，激光热处理使疲劳耐久性提高超过20%。此外，通过神经网络预测模型和严格的方差分析表明，机械性能数值与激光硬化输入参数直接吻合。

    关键词： 光纤激光器、疲劳耐久性、AISI 4340钢、机械性能、热处理

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 激光熔覆过程中激光束入射角对熔覆形貌的影响

    摘要： 激光熔覆粉末平面与基体平面之间的夹角θ发生变化时，会导致熔覆层几何形貌的改变。为此，我们建立了熔覆层几何形态的定量数值预测模型。该模型综合考虑了θ角变化、激光能量衰减率及粉末颗粒温升等因素，并通过实验验证了仿真结果。研究表明：当θ角处于50°~90°范围、初始温度为298K、扫描速度为3.75mm/s、激光光斑直径为4.5mm时，Fe#1粉末在Q235基体上能获得较佳成形效果。总体而言，随着θ角减小，熔覆层高度降低而宽度增大，但当θ角小于50°时，成形形貌质量显著恶化。实验结果与仿真结果高度吻合，验证了模型的有效性与可靠性。本研究为深入理解激光熔覆形貌与入射角度的关系提供了理论参考。

    关键词： 数值模拟，激光熔覆，几何形貌，激光入射角

    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

  • 热处理对激光原位增材制造Ti-Nb混合粉末制备的Ti-26Nb合金显微组织和力学性能的影响

    摘要： 本研究采用激光增材制造（LAM）技术，以钛和铌混合粉末原位制备了Ti-26Nb合金。将合金在650°C至925°C范围内进行退火处理，研究了退火温度对显微组织和力学性能的影响。结果表明，在当前工艺条件下获得的沉积态合金具有柱状初生β晶粒特征，且沿构建方向呈现较强的<001>纤维织构。该沉积态合金表现出极高的强度，其抗拉强度和屈服强度分别约为799 MPa和768 MPa。退火温度对合金的显微组织和力学性能具有显著影响：退火处理能促进未熔Nb颗粒溶解，消除椭圆状晶界处的Nb微观偏析，同时增大合金晶粒尺寸。随着退火温度升高，合金强度降低但塑性提升。经850°C退火的合金展现出强度与塑性的良好平衡。

    关键词： 微观结构、钛铌合金、力学性能、原位合金化、激光增材制造、热处理

    更新于2025-09-23 20:57:11