基于空气中冲击波信号能量的激光冲击强化在线检测方法

目的 为克服激光冲击强化现有离线检测方法的缺点,提出了一种基于空气中冲击波信号能量的激光冲击强化在线检测方法。方法 利用波长为1064 nm、脉宽为14 ns、单脉冲能量为5~7 J的Nd:YAG激光器对经过振动时效处理的TC16钛合金试件进行激光冲击强化处理。用自主研制的信号放大器对空气中的冲击波信号进行一级放大后,再经前置放大器、数据采集卡传输到计算机控制系统,从而实现对空气中冲击波信号的采样、存储、滤波和数据分析,并从中提取冲击波信号能量。用X-350A型X射线应力测定仪测量TC16钛合金试件经激光冲击强化处理后的表面残余应力。最后对所得实验数据进行多项式拟合,以获得材料表面残余压应力与冲击波信号能量之间的经验公式。结果 经激光冲击强化处理后,材料表面形成了一定大小的残余压应力。随着激光能量的增加,材料表面残余压应力及冲击波信号能量均增加,且二者的增加趋势一致。结论 在激光冲击强化过程中,对空气中传播的冲击波信号进行采集和提取其信号能量,可以预测试件经激光冲击强化处理后的残余应力,能够准确判断激光冲击强化质量,从而实现工业过程的在线检测。     

激光冲击强化在高温合金材料应用上的研究进展

激光冲击处理可促使材料产生较传统表面强化工艺更优的强化效果,并且诱发的显微组织变化具有更高的热稳定性,有望对高温合金材料的服役性能提升产生有利作用。分别从表面形貌、显微组织、服役性能等方面介绍激光冲击强化在不同高温合金材料上的应用研究成果。通过激光冲击诱导高温合金微尺度表面形貌变化相关研究的分析,提出对激光冲击诱导局部反向变形进行数值仿真验证的研究方向。总结激光冲击强化在改善高温合金组织状态以及提升疲劳等服役性能方面的研究成果,进而指明单晶高温合金激光冲击疲劳延寿研究的必要性。     

增材316L不锈钢的激光冲击强化研究

增材制造与激光冲击强化技术相结合,以提高增材制造打印产品的力学性能。本文以316L不锈钢粉末为实验原料,通过同轴送粉式增材制造工艺获得实验试件;利用SIA LSP 23系列激光冲击强化系统在不同激光能量下对增材316L不锈钢试件进行处理,研究了增材316L不锈钢实验试件激光冲击强化处理前后的残余应力、显微硬度和抗拉强度。经激光冲击强化处理,增材316L不锈钢近表面引入了残余压应力、并伴随着显微硬度和抗拉强度的显著提高;所引入的残余压应力、显微硬度和抗拉强度随激光能量的增加而增加,表明较高的激光能量能够获得较好的激光冲击强化效果;激光冲击强化作用后的增材316L不锈钢的截面显微硬度分布规律与残余应力分布规律类似,但显微硬化层深度要比残余压应力层深度要深0.15～0.25mm。激光冲击强化可作为一项后处理技术用来提高增材制造打印产品的力学性能。     

大气颗粒物中重金属的双脉冲激光诱导击穿光谱研究

为了对沈阳市某工业区附近大气中重金属等离子体光谱特性进行研究,采用双脉冲激光诱导击穿光谱技术（Double pulse laser induced breakdown spectroscopy,DP-LIBS）对样品中主要重金属等离子体光谱进行测量分析。通过比较单脉冲（SP）和双脉冲（DP）激发的样品等离子体光谱,发现采用DP-LIBS技术可以很好地增强等离子体光谱的强度。研究DP-LIBS光谱强度随两个脉冲激光的间隔时间变化,在脉冲间隔为15 s时样品中重金属等离子体光谱得到了最大的增强。同时DP-LIBS技术也会提高样品等离子体光谱的稳定性,谱线的相对标准偏差由6%降低为3%左右。最后对样品等离子体的电子温度及电子密度随双脉冲间隔时间的变化情况进行了研究。     

高温合金GH4169水导激光钻孔工艺特性研究北大核心CSCD

为研究水导激光加工工艺参数对材料微孔成型质量的影响,本文以高温合金GH4169为实验材料,利用水导激光设备在不同激光功率和扫描速度下进行螺旋制孔实验。采用白光干涉仪、扫描电子显微镜和能谱仪分别对加工孔的微观形貌、组织结构以及加工前后的元素含量进行测量。实验结果表明,加工过程中产生了重铸层,其厚度在0~10μm之间,重铸层的氧元素含量(22.2%)相比基体的氧元素含量(11%)增加了102%;粗糙度值Ra在实验范围内随着激光功率和扫描速度的增大而减小,在激光功率为41 W扫描速度为1.8mm/s时,获得最小的Ra值为5μm;孔壁面切削形貌特征自上而下分成三层,即光滑细纹层、熔融物附着层、粗纹层。研究结果为进一步提高水导激光精密钻孔工艺提供了理论依据。     

工艺参数对激光清洗GFRP脱模剂层影响研究

目的 有效去除GFRP表面的脱模剂,保证对玻璃纤维损害降到最低,并提高表面粗糙度。方法 运用正交试验法,采用红外脉冲激光对玻璃纤维增强树脂基复合材料(GFRP)表面喷覆黑漆层的脱模剂层进行去除试验,研究激光的平均功率(15、20、25、30 W)、激光扫描速度(240、250、255、260 mm/s)和激光脉冲频率(70、80、90、100 kHz)对清洗后试件表面形貌和微观组织的影响规律,分别探讨不同激光参数下对GFRP材料表面粗糙度及胶接强度的影响规律。结果 在激光参数为平均功率P=25 W、激光扫描速度v=255 mm/s、激光脉冲频率f=100 kHz下,可将脱模剂有效去除,且保留了玻璃纤维的完整性,同时表面粗糙度值Sa由原来的0.684 μm增加到稳定值(4.5±0.3)μm。随着平均功率的增大,试件表面粗糙度值Sa逐渐增大,其胶接强度高于未表面处理的胶接强度。随着扫描速度的增大,试件表面粗糙度值Sa先减小、后增大。随着脉冲频率的增大,试件表面粗糙度值Sa逐渐减小。结论 最佳试验制备激光清洗工艺参数为平均功率P=25 W、激光扫描速度v=255 mm/s、激光脉冲频率f =100 kHz,在此参数下能有效去除脱模剂,玻璃纤维损害降到最低,并提高表面粗糙度,有效保证GFRP板材表面质量,同时还有利于提高复合材料之间的胶接强度。该研究结果可为航空领域复合材料脱模剂的激光清洗提供工艺参数参考。     

激光诱导冲击波应用技术研究现状

激光等离子体冲击波应用技术以其节能、高效、可控性强等优点,受到了众多研究者的广泛关注。综述了激光等离子体冲击波作用效应,分析了靶表面等离子体和激光维持的爆轰波对靶冲量传递的影响,重点介绍了利用激光等离子体冲击波效应的两项技术——激光冲击强化技术和激光推进技术。通过对比国内外技术的优势,系统考察了激光冲击强化技术和激光推进技术的原理和应用研究现状,并分析了未来应用研究的趋势。移动式短脉冲大能量激光器的研制将是未来的一个重要研究方向,需从理论和试验两个方面研究激光参数、环境参数和靶材参量对激光与靶相互作用产生的激光等离子体冲击波效应和声波效应的影响,探索激光等离子体声波和激光等离子体冲击波力学效应的关系。大能量激光器的体积大,环境要求高,稳定性差,要想真正把激光等离子体冲击波效应应用于实际,就需要开发稳定性好的短脉冲、大能量移动式激光器,提高激光等离子体冲击波效应应用系统的机动性、方便性和可靠性。     

TiAl合金激光冲击强化工艺探索及强化机制研究

主要研究航空常用材料TiAl合金激光冲击强化效果,当激光诱导产生的冲击波大于TiAl合金的动态屈服强度时,材料表面发生塑性变形,并引入大量的位错等晶体缺陷,从而达到表面强化的目的。通过调整激光冲击的次数和激光的能量等因素,得到不同工艺参数下TiAl合金的显微硬度和表面粗糙度。对其微观结构进行透射电镜观察,并与未进行冲击的试样进行对比分析,可以看出激光冲击强化可以有效地提高受冲击表面的位错密度,当位错运动受阻形成位错线的塞积,导致位错缠结;位错受到晶界的阻碍在晶界堆积,形成位错墙,位错墙与位错缠结最终导致亚晶界的形成,为后期晶粒细化做准备,通过分析激光冲击强化机制,揭示了位错密度是材料表面力学性能提高的本质。     

TC17钛合金激光冲击温强化机制的研究

目的提高材料在交变载荷和高温下的疲劳性能,稳定材料的位错结构,增加位错的钉扎效果,使激光诱导的残余压应力更加稳定,有效地抑制强化效果的高温失稳。方法通过提高温度发生动态应变时效(DSA),并与激光冲击温强化(WLSP)结合,使得材料表面形成更深的残余应力层和纳米级沉淀相。对TC17钛合金温控激光冲击强化后的显微硬度、残余应力等性能进行了初步探索。结果经200℃的WLSP后,TC17钛合金的显微硬度可达385HV,相比未强化时提高了18.48%,相比于室温的LSP提高了4.62%。深度方向的残余压应力幅值呈现先增大后减小的趋势,200℃时残余应力达到-236 MPa,相比于常温强化提高了14.56%。观察微观组织发现,位错结构的稳定性和位错密度得到提高。结论激光冲击温强化(WLSP)技术提高了材料表面残余压应力层的高温稳定性,有利于抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,有效地提高了高温条件下残余应力和表面强度的稳定性。该技术操作相对简单,无污染,残余应力高温维稳效果显著。     

激光除漆对Ti17合金表面组织性能的影响

目的研究激光除漆对Ti17合金表面组织性能的影响机理,探讨激光清洗在去除污染物的同时是否可以改善基材的组织性能。方法在预处理的试样表面均匀喷涂一层厚度约为50μm的丙烯酸树脂哑光黑色油漆,采用脉冲光纤激光器在不同功率(10、15、20W)下对试样进行脱漆处理。采用白光干涉表面轮廓仪观测试样表面的三维形貌,采用金相显微镜观察试样表面的微观组织,采用显微硬度测试仪测量试样的表面显微硬度,采用表面粗糙度仪测量试样的表面粗糙度。结果经过激光除漆处理后的试样表面均出现了大量凹坑和白色褶皱硬化层,表面显微硬度均得到提高,平均增幅在5%左右,表面粗糙度变化不大,在亚微米级。激光功率为15 W时,白色硬化层分布均匀,厚度约为10μm,表面显微硬度增幅最大,为6.9%,表面粗糙度下降了0.07μm,清洗效果较优。结论激光清洗处理通过选取合适的激光参数,可以在去除污染物的同时,一定程度上改善基材的表面性能。