激光冲击强化技术原理及其应用研究

文章介绍了激光冲击强化技术的基本原理与特点;总结了激光冲击强化技术的国内外发展现状与成果;并对激光冲击强化技术未来发展趋势进行了展望。     

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。     

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。     

柠檬酸改性硫氧镁水泥研究进展

硫氧镁(MOS)水泥力学强度和耐水性较差,导致其应用受限。向MOS水泥凝胶体系中添加改性剂是改善MOS水泥性能的主要方式和有效手段。近年来研究发现,弱酸是一类能够有效改善MOS水泥性能的改性剂。其中,柠檬酸的改性效果尤为显著。它可以促进针棒状晶体5Mg(OH)_2·1MgSO_4·7H_2O(5·1·7相)的生成,同时抑制Mg(OH)_2的生成。本文综述了MOS水泥的物相结构,柠檬酸的改性机理,以及柠檬酸对MOS水泥力学性能和耐水性的影响。     

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。     

浅析建筑防水材料中沥青防水材料及其应用前景

近年来,我国建筑工程发展迅猛,在其中占据基础性作用的防水工程发展也是日新月异。文章在对防水材料分类进行简单阐述的基础上,着重讨论沥青类防水材料的发展历程、使用过程中的优缺点及应用前景。     

线偏振激光斜冲击实验与理论研究

目的研究激光冲击强化中冲击角度对强化效果的影响。方法采用波长为1064 nm、脉冲能量为7 J、脉冲宽度为12 ns的YAG激光器对TC4钛合金表面进行冲击强化处理,得到经不同偏振方向、冲击角度冲击后的材料的表面形貌、硬度和残余应力。通过菲涅耳定律分析了不同偏振光斜冲击加工效果的差异。结果随着冲击角度的增大,冲击后形成的微坑深度逐渐减少,且正交偏振光减少的程度大于平行偏振光减少的程度,在超过30°的时候尤为明显。随着冲击角度的增大,试样表面显微硬度逐渐下降,当用平行偏振光斜冲击时,硬度下降较慢;而用正交偏振光斜冲击且冲击角度超过15°时,硬度下降较快。随着冲击角度增加,由于"残余应力洞"的影响,中心残余压应力值先增大后减少。结论在一定情形下,选用一定角度的斜冲击可以有效避免残余应力洞的产生。该研究得到的结论可以为复杂结构件激光冲击强化冲击轨迹规划提供一定的参考。     

激光冲击强化的影响参数与发展应用

激光冲击强化是一种先进表面技术,其利用激光诱导形成的等离子冲击波对金属材料进行强化,因具有强化效果更佳、可操控性更强和适用性更好等技术优势,得到了越来越广泛的应用与研究,对提高部件的疲劳性能和延长材料使用寿命具有重要作用。简要介绍了激光冲击强化技术的发展概况,分别从激光工艺参数、约束层与吸收保护层、冲击角度等影响参数进行了重点分析与总结。激光工艺参数是影响强化效果的最重要因素,选取最佳的激光功率密度、最优的光斑搭接率、适当的冲击次数以及合适的脉冲宽度可以明显提高强化效果。针对不同的材料形态,应选取合适的约束层和吸收保护层,提高激光透光率的同时防止材料表面烧蚀。此外还需考虑激光冲击强化的冲击角度,选择合适的冲击角度,能够对复杂的结构进行强化。综合考虑激光冲击强化的影响参数,可为得到最佳激光冲击强化效果提供重要的理论参考。     

TC17钛合金激光冲击温强化的数值模拟研究

目的掌握激光冲击温强化温度对强化效果的影响规律方法通过有限元模拟的方式,对TC17钛合金激光冲击温强化温度对残余应力和塑性变形的影响进行了初步研究。结果随着温度的增加,残余应力先增加后减少,当温度为200℃时,表面和深度方向的残余应力最大,此时基体最大残余应力达到-238 MPa。随着温度的增加,塑性变形先增加后减少,当温度为200℃时,塑性变形量达到最大。不同冲击顺序会影响材料的流动方向,后冲击的激光使材料向先冲击激光留下的凹坑运动,从而影响材料的表面形貌。仿真分析与验证实验的最大残余应力相差5%,从侧面证明了仿真结果的准确性。结论温度是影响激光冲击温强化效果的重要因素。TC17钛合金在200℃时的强化效果最好,所研究的模拟方法为激光冲击强化温度仿真提供了一种新思路。