光纤激光送丝熔覆修复工艺研究

采用光纤激光器在不锈钢表面进行侧向送丝熔覆修复实验,系统地研究了激光工艺参数对熔覆道形貌影响并确定合适的多道搭接率取值范围,为多道多层送丝激光熔覆修复技术应用提供指导。结果表明:影响熔覆道宏观成形和形貌参数的激光工艺参数主要有激光功率、扫描速度和送丝速度,离焦量的影响相对较小,当激光能量密度为100J/mm2,熔丝率为39.44×10-6 g/J时,可得到稳定平滑的熔覆道;合适的搭接率变化范围为45%~53%,此时多道单层熔覆层表面平整度在100μm以下。     

激光熔覆铁基合金粉末单道形貌及性能研究

为探究在45钢表面熔覆铁基合金粉末过程中,激光功率、扫描速度和送粉速率对熔覆层性能的影响规律,采用正交试验方案进行激光熔覆的单道成形试验。以熔覆层的宽高比、稀释率和硬度作为判断熔覆层性能质量的评价指标,通过极差分析判断各熔覆工艺参数的影响大小,再基于多目标优化算法得出最佳的单道熔覆工艺参数组合。试验结果表明：在一定工艺参数范围内,送粉速率是影响熔覆层硬度的主要因素,激光功率次之;扫描速度是影响熔覆层高度、宽度的主要因素;送粉速率是影响稀释率的主要因素。获得了最佳工艺参数组合,即激光功率2 056 W,扫描速度8.75 mm/s,送粉速率2.198 g/min,为45钢激光熔覆铁基粉末的工艺参数选择提供依据。     

基于IDBO-KELM的汽车零部件激光熔覆几何形貌预测建模方法研究

激光熔覆作为一种环境友好和可靠的技术,广泛应用于汽车零部件的表面硬化和受损修复。结合试错法和田口方法设计激光熔覆实验,探究45~#钢表面激光熔覆316L合金粉末的成形工艺参数。以激光功率、扫描速度、送粉速度为激光熔覆可变工艺参数,利用多策略融合的改进蜣螂优化算法优化核极限学习机超参数,基于优化后的核极限学习机分别建立激光熔覆过程评价指标(宽高比、稀释率)的回归预测代理模型,决定系数分别为0.973 5和0.975 9,平均绝对百分比误差分别为0.007 7%和0.061 2%。利用田口方法进行析因分析,激光熔覆工艺参数对稀释率的影响排序为：激光功率(P)>送粉速度(F)>扫描速度(V),宽高比的影响排序为：送粉速度(F)>扫描速度(V)>激光功率(P)。实验结果表明了所提方法的准确性,可以获得理想的熔覆层宽高比和稀释率回归预测模型,为熔覆层的质量控制提供理论依据。     

激光熔覆工艺参数对Fe W B熔覆层质量的影响

采用激光熔覆技术在65Mn钢表面熔覆FeW B三元硼化物熔覆层。通过单道熔覆与单层多道熔覆实验,探究激光功率、扫描速度、送粉速率、搭接率对熔覆层质量的影响,获得优化激光工艺参数组合。并通过光学显微镜、X射线衍射仪和维氏硬度计对熔覆层进行分析。结果表明:工艺参数对熔池高度与熔池宽度的影响程度由小到大排列为:送粉速率、扫描速度、激光功率,对维氏硬度的影响程度由小到大排列为:扫描速度、送粉速率、激光功率。获得的最优工艺参数组合为:激光功率800W,扫描速度3mm/s,送粉速率4 g/min,搭接率50。此时熔覆层的维氏硬度均值为7579 HV,是基材的35倍。熔覆层与基材冶金结合良好,其微观组织由枝状晶、胞状晶和柱状晶组成。     

激光熔覆工艺修复轧辊技术研究

近年来,激光表面处理技术在轧辊表面处理上应用广泛,文中以轧辊为主要对象,研究激光熔覆工艺在棒材轧辊表面的应用,并对激光熔覆工艺参数进行了讨论。针对激光修复轧辊加工过程中,熔覆质量难以控制的问题,采用改变激光功率、扫描速度、送粉率等激光熔覆工艺参数的方法,通过试验得出工艺参数在激光功率3.7 kW、扫描速度6 mm·s^-1、送粉量19 g·min^-1、搭接系数在40%时,激光的熔覆效果最好。对修复好的轧辊跟踪作业,单槽轧钢量较熔覆前提高了近1倍,经济效益可观。     

激光熔覆铁基TiC复合涂层成形质量的控制方法

为了揭示激光熔覆工艺参数对铁基TiC复合熔覆层成形质量的作用规律、优化激光熔覆工艺参数,使用YAG固体激光器在60Si2Mn基体上激光熔覆铁基TiC复合涂层,基于响应面法建立输出电流、脉冲宽度、扫描速率与熔覆层宽度、高度、熔池深度、宽高比、稀释率以及硬度之间的数学模型,并对模型进行方差分析,获得了工艺参数与成形质量之间...     

Fe314合金激光熔覆工艺优化与表征研究

为阐述Fe314合金激光熔覆工艺与成形质量之间的内在联系,采用SN比实验设计方法,并以稀释率为参量对熔覆工艺进行了优化分析和量化表征;获得最优化工艺参数为激光功率480 W,送粉量8.0 g/min.扫描速度600mm/min.验证结果表明:熔覆层稀释率与激光比能、绝对送粉率的定量表征关系具有一定的预测精度.对熔覆层进...     

送粉式激光熔覆稀释率的检测方法及其影响因素

为建立工艺参数与稀释率的关系,提出了送粉式激光熔覆过程中稀释率的概念,并推导出稀释率的表达式。利用金相法检测的熔覆层宏观参数、材料相关的物理参数和工艺参数对稀释率进行了计算,系统分析了影响因素。在激光功率和光斑尺寸保持恒定的条件下,稀释率随扫描速度的增加而减小,随送粉速率的增大而变小;对稀释率随扫描速度变化而出现最小值的现象给出了合理的解释。为进一步研究熔覆层组织凝固行为、工艺参数的优化奠定了理论基础。     

基于NSGA-Ⅱ算法的同轴送粉激光熔覆工艺多目标优化

同轴送粉激光熔覆工艺的稳定性受诸多因素的影响,其工艺参数难以寻优。通过设计以工艺参数(激光功率、送粉速度、扫描速度)为输入、以反映熔覆层形貌和质量的特征参数为响应的中心复合实验,对比分析了响应曲面法的回归模型与神经网络对单道熔覆结果的预测效果。采用多目标优化算法NSGA-Ⅱ对三个工艺参数进行优化求解。结果表明:采用优化后的参数进行激光熔覆的修复件表面硬度增大了17.11%,基体热影响区深度减小了13.90%,熔覆效率增大了6.10%。     

送粉式激光熔覆过程中激光有效能量的描述

为描述激光熔覆层质量与工艺参数之间的相互关系,在研究自动送粉激光熔覆过程能量分配规律的基础上,利用金相法检测的不同工艺条件下单道熔覆层的宏观参数,定量计算了L.C.Lim提出的单位质量熔覆材料的比能和单位时间实际输入的比能两个重要参数,并系统地分析了影响因素。在激光参数恒定的条件下,单位质量熔覆材料的比能随送粉速率的增大而减小;单位时间实际输入的比能随扫描速度的增加而减小。对单位质量熔覆材料的比能随扫描速度的变化出现最小值的现象给出了合理的解释。为进一步研究熔覆层的凝固行为、显微组织与工艺参数的关系奠定了理论基础。     

钛合金激光熔覆(Ti+Al/Ni)/(Cr2O3+CeO2)

为改进钛合金(Ti6Al4V)的耐磨性能，应用脉冲Nd:YAG激光进行了钛合金表面熔覆(Ti+Al/Ni)+(Cr2O3+CeO2)复合涂层实验，分析了工艺参数对熔覆层高度、熔深、稀释率的影响，观测了熔覆层的组织与性能。结果表明，熔覆层高度和熔深随单脉冲能量的增加而增大。单脉冲能量20 J,脉宽8 ms,频率5 Hz,扫描速度1.1 mm/s时稀释率达到最小，其值为3.95%。熔覆层组织是在细小树枝晶和共晶基体上散布的未熔Cr2O3颗粒和白亮球状液析Cr2O3，并有硬化TiAl陶瓷颗粒增强相存在。显微硬度明显提高，最高可达1150 Hv，平均是基材的3～4倍。熔覆层和基材实现良好冶金结合，白亮熔合区宽度10～20 μm。通过优化工艺参数，获得连续、均匀、无裂纹和气孔的高质量涂层。     

脉冲半导体激光器端面抽运Nd:YAG晶体瞬态热分析

为了研究脉冲半导体激光器端面抽运激光晶体产生的热效应,对激光晶体瞬态温度场以及热形变场进行解析分析与计算。考虑到脉冲LD出射光具有超高斯分布,且Nd:YAG晶体热传导各向同性的特点,利用热传导Poission方程得到了超高斯分布脉冲LD端面抽运Nd:YAG晶体瞬态温度场以及热形变场的一般解析表达式,定量分析了单脉冲抽运过程中超高斯抽运光光斑半径及超高斯阶次、脉冲宽度对Nd:YAG晶体瞬态温场的影响以及准热平衡状态温度场的时变特性。结果表明,当脉冲LD端面抽运光具有3阶超高斯分布、抽运功率为80W、脉冲频率为100Hz、脉宽为200 s、钕离子掺杂质量分数为0.01的Nd:YAG晶体瞬态温度场随抽运脉冲呈现出周期性分布,准热平衡状态的温度在25.5℃到29.2℃之间成锯齿形周期分布;晶体抽运面的热形变量在0.13m和0.19m之间也呈现出周期性变化。该研究对于脉冲LD端面抽运全固态激光器热不敏谐振腔设计具有理论指导意义。     

全固态调Q激光器产生脉冲Bessel光束

使用连续式输出的砷化镓半导体激光器泵浦的掺钕钒酸钇激光器作为光源,被动式通过轴棱锥产生Bessel光束.在激光谐振腔内加入Cr4+:YAG晶体调Q产生脉冲Bessel光束.理论模拟了1 064 nm波长光束经过轴棱锥之后的三维传播图和截面光强分布.通过实验得到了1 064 nm波长脉冲Bessel光束的脉冲宽度和脉冲重复率,并计算得到了单脉冲Bessel光束的能量和峰值功率.利用光束分析仪记录了1 064 nm波长Bessel光束的截面光强分布,并测量了中心光斑的直径,得到的数据与理论计算基本吻合.     

虚拟数字示波器测量激光脉冲波形的实验结果分析

利用ns级InGaAs/InP PIN光电二极管和20MHz虚拟数字示波器测量了氙灯和Nd:YAG激光器在氙灯泵浦下发出的光脉冲波形.比较测得的波形,可以得出结论,每一个激光脉冲均呈现出典型的弛豫振荡过程,与理论分析基本一致[1].与模拟示波器对比,虚拟数字示波器的分辨率高,读数准确,波形可存储,且信息处理方便.     

Nd:YAG激光熔覆快速制造技术研究

报道了Nd:YAG全固态激光器同轴送粉激光熔覆快速制造金属零件的工艺与机制。主要研究了不同工艺条件下，激光熔覆工艺参数(激光功率、扫描速度、送粉量大小)对激光熔覆层宽度、高度、表面平整度和成型质量的影响规律。在此基础上，对成型薄壁墙的水平方向倾斜角度在不同功率下做了极限实验并分析了其中原因，找出了最佳的成型参数。最后，将Nd:YAG激光熔覆快速制造所制备零件的质量与CO2激光熔覆所制备的进行了对比，结果表明，采用Nd:YAG激光器制备的金属试样结合强度更高，同时，两者都高于相近成分下常规加工方式所加工试样的相应值，且均表现为韧性断裂。     

板状激光器的工程优化设计

本文提出了一种优选板状激光介质几何参数以增加介质增益和减少光能损失的分析方法,讨论了光能损失率同加工精度的关系,同时给出了新近研制Nd:YAG板状脉冲激光器的实验结果。     

单级静态高峰值功率灯抽运脉冲Nd∶YAG固体激光器

报道了采用对称平面平行腔结构实现单级静态输出30 kW高峰值功率灯抽运Nd∶YAG固体激光器的研究结果。从速率方程出发,推导出脉冲Nd∶YAG固体激光器的单脉冲能量表达式,模拟出输出镜最佳透过率及最大输出能量。通过实验选取激光器工作的最佳参数,研制出一台高峰值功率灯抽运脉冲Nd∶YAG激光器,理论模拟和最佳实验结果基本一致。激光器在最大输入电压为800 V,脉宽为2 ms时,输出最大单脉冲能量60 J,最大峰值功率30 kW,光束质量M2为5.9,总体电光转换效率3.3%。在最大输入电压为800 V,脉宽为1.5 ms时最大平均功率405 W。采用该激光器切割6 mm低碳钢和4 mm不锈钢,在脉宽为2 ms,频率为6 Hz,峰值功率为30 kW时,切割4 mm不锈钢速度为1 mm/s,切割6 mm低碳钢速度为1.5~2 mm/s。     

发动机气缸表面规则微观形貌的激光加工研究

摩擦副表面存在着与其润滑性能要求优化匹配的微观几何形貌。本文以发动机的气缸/活塞环为具体研究对象,基于气缸的摩擦磨损特征和润滑理论,对其表面的微观几何形貌进行了初步设计。采用半导体泵浦YAG固体激光器,在硼铸铁试样上进行了激光微造型加工工艺试验,系统研究了激光波长、激光功率、脉冲宽度、重复频率、扫描速度、重叠系数及辅助气体等,对金属材料激光微加工质量和效率的影响规律。并首次提出了“单脉冲同点间隔多次”激光微加工新工艺。最后,采用优化的激光参数组合,成功地在实际缸套内表面,加工出所设计的高质量表面微观几何形貌。     

冲击工艺对铝合金激光熔覆的影响

通过有效控制Nd:YAG 脉冲式激光器电流、脉冲宽度、频率、光斑直径、扫描速度、离焦量等有关工艺参数，对模拟腐蚀损伤的铝合金试样表面激光熔覆Al-Y(1.4%)合金，并对其中的一组试样进行机械冲击，充分时效后进行疲劳实验、疲劳断口分析及金相分析。研究结果表明，熔覆后机械冲击试样的疲劳寿命远远高于只熔覆不冲击试样的疲劳寿命，疲劳断口有明显的疲劳条带，熔覆层和基体结合得非常紧密，熔覆层内没有大的气孔和裂纹缺陷。     

LY12CZ激光熔覆的疲劳性能

通过有效控制固体YAG脉冲式激光器的电流、脉冲宽度、频率、光斑直径、扫描速度等有关工艺参数,模拟飞机腐蚀损伤的铝合金试样表面激光熔覆Al-Y(Y的质量分数为4%)合金,Al-Si(Si的质量分数为12%)合金,充分时效后进行疲劳实验、疲劳断口分析和金相分析。结果表明,熔覆Al-Y合金试样的安全寿命达到熔覆Al-Si合金试样寿命的339%,熔覆层和基体结合得比较紧密,熔覆层气孔、夹杂等缺陷较少,疲劳断口裂纹扩展区存在疲劳条带和疲劳台阶,熔覆Al-Si合金试样的熔覆层气孔缺陷较多,没有呈现低周疲劳的特征。