266nm紫外固体激光切割碳纤维复合材料的实验研究

为了研究266nm紫外固体激光切割碳纤维增强复合材料(CFRP)的工艺规律,采用单因素实验法、正交实验法和多元线性回归分析法,进行了266nm紫外固体激光切割CFRP的实验研究,得出了激光脉冲能量、扫描速率对切缝宽度和热影响区宽度的影响规律.结果表明,切缝宽度和热影响区宽度随激光脉冲能量的增大而增大,随扫描速率的增大而...     

空间曲率半径对三维物体激光切割质量的影响

研究了空间曲率半径对管材激光螺旋切割后切割质量指标的影响。当管径不变、螺距增大时 ,随着空间曲率半径的增加 ,切缝宽度、热影响区宽度及切口横截面半垂直度增大 ,切口表面粗糙度减小。热积累和预热效应是造成上述现象的主要原因     

激光切割碳纤维复合材料的实验研究

为了获得激光切割参量对碳纤维复合材料的影响规律,利用额定功率为500W的毫秒脉冲Nd:YAG激光器,分别进行了在空气中和水下切割碳纤维复合材料(CFRP)的实验研究。采用单因素实验法,考察了脉冲能量、频率、切割速度与气体压力等激光参量对切割质量的影响,获得了激光参量对切割CFRP材料切口的切缝宽度、正面纤维拔出长度、背面纤维拔出长度与锥角的影响规律,并对激光切割机理进行了分析研究。结果表明,水下切割能有效地减小激光切割产生的热影响区。这为继续开展激光水下切割CFRP的研究提供了参考。     

激光切割碳纤维复合材料的温度场仿真

为了揭示激光切割碳纤维复合材料过程中温度场的分布规律、材料对能量的吸收和传递规律以及热影响区的形成机制,采用碳纤维复合材料为研究对象,建立激光切割碳纤维复合材料的多物理场模型,计算仿真了激光切割碳纤维复合材料过程中温度场分布及激光参量对碳纤维复合材料温度和热影响区影响规律,得到了激光切割碳纤维复合材料过程中的3维温度场分布。结果表明,激光切割过程中,碳纤维复合材料表面温度场近似为椭圆形,且碳纤维复合材料中能量的传递和扩散主要沿着碳纤维铺设方向;激光功率20W、光斑半径100μm、切割速率50mm/s的激光沿垂直于碳纤维铺设方向切割时,激光光斑作用处碳纤维温度远低于树脂层温度;随着切割光斑半径和激光功率的增加,碳纤维复合材料中最高温度逐渐增加,热影响区逐渐增大;随着切割速率的增加,碳纤维复合材料中最高温度逐渐减小,热影响区逐渐变小。该研究为了解激光切割碳纤维复合材料过程中的热损伤机理及材料高质高效的加工提供了一定的理论指导。     

单层碳纤维复合材料激光多向切割的温度场模拟北大核心CSCD

研究了激光切割碳纤维复合材料(CFRP)过程中碳纤维的铺设方向和树脂含量对激光能量传递方向以及切割质量的影响。根据复合材料混合定律设定材料物理参数,建立了碳纤维铺设角度为0°、45°、90°,树脂含量由30%增至50%的单层CFRP三维有限元模型。数值模拟结果表明,激光多向切割单层CFRP时,烧蚀前沿的能量传递方向由激光切割方向主导;随着纤维铺设角度的增大,传递方向的角度增大;稳定切割时能量传递主要沿纤维铺设方向。随着纤维铺设角度的增大,切缝倾角增大,表面碳纤维烧蚀宽度几乎不变,温度场变宽,最高温度降低。切割不同树脂含量单层CFRP时,热影响区宽度和最高温度随树脂含量的增加都呈近似线性变化。与试验结果相比,数值模拟结果中的表面碳纤维被烧蚀宽度的平均误差为10.66%,热影响区宽度的平均误差为13.09%。     

镍锌铁氧体复合片材亚纳秒激光切割

镍锌铁氧体复合材料是一种性能优良的吸波材料，同时还具有高柔性和可加工性，广泛用于屏蔽通信中的电磁干扰。为提高铁氧体复合片材的切割质量，采用先进的脉冲激光切割工艺，并选择窄脉宽的亚纳秒脉冲激光为光源。首先改进了激光切割的扫描策略，结果表明，与常规的多遍策略相比，周期性“扫描-冷却”多遍策略显著抑制了热积累，使切缝热影响区宽度从567.39μm减小至249.42μm,降低了56%。在改进的扫描策略基础上，使用响应曲面模型分析激光平均功率(P)、光束扫描速度(v)、“扫描-冷却”每个周期内扫描次数(n₁)3个因素对热影响区宽度和切割效率的综合影响，并进行参数优化。高的平均功率、高的扫描速度和少的扫描次数有利于降低热影响区宽度，同时兼顾切割效率。参数优化结果显示，平均功率19.7～21.1 W,扫描速度1 750～1 800 mm/s,每个周期内扫描20～24次，可以实现在9个周期切断0.2 mm镍锌铁氧体复合片材，切缝热影响区宽度约为200μm。     

气熔比法铝合金薄板激光切割试验研究

为提高缝阵天线薄板的激光切割质量,介绍了一种基于气熔比控制的激光精密切割方法。在Nd∶YAG脉冲激光切割系统上,试验研究了气熔比对激光切割0.5 mm厚6063铝合金薄板质量的影响,即气熔比对切口宽度、切口表面质量、重铸层和挂渣的影响。对气熔比分别为2.62,3.06和4.11的3组试件进行检测与观察,发现提高气熔比,可减小重铸层、增大切口表面光滑区、改善激光切割质量。试验获得切口顶部宽度为0.2 mm,底部无挂渣,重铸层厚度为2.03μm,切口表面光滑区比例占切口的40%。结果表明,研究气熔比可深化对激光加工机理的认识,有效地提高铝合金薄板激光切割质量。     

激光参量对血管支架重铸层及热影响区的影响

为了探究光纤微秒激光加工中关键工艺参量对心血管支架重铸层和热影响区的形成机理及变化趋势, 采用了基于不同单因素参量下光纤微秒激光切割316L医用不锈钢的实验方法。通过进行理论分析和实验验证, 得到了单因素参量下316L心血管支架的实物模型及其热影响区及重铸层的检测数据。结果表明, 重铸层厚度主要受脉冲宽度及激光功率影响, 随脉冲宽度和脉冲功率的增大而增大, 当脉宽为20μs时, 最小重铸层厚度为3.0μm; 热影响区厚度与脉冲宽度、脉冲频率、激光功率、切割速率有关, 即随脉冲宽度及脉冲频率的增大而增大, 随功率的增大先增大后减小, 随切割速率的增大先减小后增大, 当脉冲频率为5000Hz时, 最小热影响区厚度为0.2μm。通过研究316L心血管支架重铸层及热影响区的形成机理及变化趋势, 为后续的正交实验及抛光实验奠定了基础。     

工艺参数对激光切割工艺质量的影响

对汽车用冷轧钢板进行了激光切割工艺试验,研究了激光切割速度与激光功率对切缝宽度、表面粗糙度、挂渣等切割质量的影响。结果显示在相同的条件下,切缝宽度随切割速度的增加而有一定的变化,随激光功率的增加而显著增加。切割速度及激光功率对切割表面粗糙度的影响是一抛物线规律,随切割速度的变化,切割边部形貌存在分形现象。金属材料激光切割后其热影响区非常小,受激光切割工艺参数的影响不大。     

光纤激光水下切割1mm厚304不锈钢的实验研究

在氩气辅助下,利用光纤激光水下切割1mm厚304不锈钢板。通过切缝平均宽度研究激光功率、切割速度、水层厚度、水体条件等对切割效率及切割质量的影响规律。宏观上,激光功率过低、切割速度过快、水层过厚等因素会降低激光切割效率和质量。在模拟海洋环境的盐水中进行切割试验,水的高盐度和低温大大降低了切割效率。微观上,熔化区、热影响区(HAZ)和基体的组织成分、显微硬度各异,熔化区边缘出现表面形核现象,熔化区晶胞尺寸随着激光能量密度增大而增大;热影响区组织粗大,显微硬度低于基体与熔化区硬度。熔化区边缘硬度达到242.8HV,局部氧化区域硬度高达963HV,是基体硬度的4.3倍;熔化区中部硬度为165.1HV;热影响区硬度为124.6HV,不锈钢基体硬度为223.4HV。     

不同冷却方式对激光加工CFRP的影响研究

为了探索不同冷却方式对激光加工的影响,采用水、气体以及水气复合3种不同冷却方式辅助激光加工碳纤维复合材料进行了对比研究,同时采用单因素实验研究了不同工艺条件对加工质量的影响,并分析了作用机理。结果表明,在3种冷却方式下,热影响区、槽深均随着功率、频率的降低而降低,随着扫描速率的增加而降低;在相同工艺参数下,水气复合辅助激光加工产生的热影响区最小,气体辅助激光加工产生的热影响区次之,水辅助激光加工产生的热影响区最大;当激光功率为2250 W、频率为1200 Hz、速率为120 mm/s时,水、气体以及水气复合3种不同冷却方式的热影响区分别为378μm, 283μm, 196μm,槽深分别为401μm, 789μm, 647μm;采用水气复合辅助激光加工可以在加工过程中实现较好的冷热平衡,获得最好的加工质量。该研究为更好地实现碳纤维复合材料低损伤加工提供了参考。     

低压水射流激光复合切割Al2O3 陶瓷的研究

针对激光切割Al2O3 陶瓷存在热裂纹、大量熔渣等问题,提出了低压水射流激光复合切割陶瓷技术,并将这种工艺与普通激光切割进行了对比,结果表明低压水射流激光复合切割陶瓷可以大大减少陶瓷切缝的熔渣、避免热裂纹。主要研究了辅助气体压力、激光脉冲能量和激光重复频率对水射流激光复合切割Al2O3 陶瓷质量的影响规律,发现水射流存在时,辅助气体压力主要起到吹除切割头处水珠的作用,激光脉冲能量或激光重复频率增大、烧蚀材料增多,当烧蚀材料不能及时被射流冲除就形成了熔渣的累积,影响陶瓷切割质量。     

球墨铸铁表面激光点状合金化组织及热疲劳性能研究

采用CO2激光器对珠光体基体的球墨铸铁表面进行了点状合金化处理。设计了激光合金化点的分布方案，研究了强化层的组织和性能，对激光处理后的试样进行了热疲劳实验。结果表明，预置TH-2A型C-Si-B-RE合金化涂层，选择适当的激光辐照参数，可以获得表面光洁、硬度高、无裂纹的合金化层。热疲劳实验的循环温度为700 ℃至25 ℃，加热90 s，冷却10 s，共循环90次。实验发现，激光合金化点及其热影响区(HAZ)以外表面区域的热疲劳裂纹萌生主要与石墨球的存在及其圆整度有关，基体中裂纹的扩展在点状合金化区周围受到阻滞。合金化区内热疲劳裂纹同样在合金化区与热影响区的宏观界面被阻滞。热影响区内裂纹萌生主要与热循环过程中产生的氧化物有关，热影响区内极为细化的珠光体团有效地阻滞了裂纹并迫使其只能沿晶界缓慢扩展。     

大角度斜面激光切割加工的工艺研究

分析了大角度斜面激光切割的可行性和激光切割加工工艺。结果表明 :当激光功率为1260W、光斑直径为0.18mm、以0.08MPa的氧气作为辅助气体、切割速度为 1.4m/min、使喷嘴离工件的距离保持在0.5mm～0.8mm之间并选取适当的CNC程序直线插补步长,可以实现6mm厚的15Cr2Mo1钢大角度斜面的激光切割,切口质量良好。     

激光修复热影响区深度对TC17-TC11双合金拉伸性能的影响

以TC17合金锻件为基材,采用激光修复工艺方法,在其上沉积TC11合金粉末,制备TC17-TC11双合金修复试样,在双合金界面处靠近TC17锻件基体一侧观察到一定深度的热影响区。通过调整激光修复工艺参数(激光功率、扫描速度、送粉率),构造不同深度的热影响区,探讨热影响区深度对激光修复试样高温拉伸性能的影响。研究结果表明,高温拉伸时,修复试样表现为滑移分离型断裂,由于α/β两相的应变不协调,拉伸时裂纹萌生于TC11合金α/β相界面,其中热影响区深度为5 mm修复试样的强度和塑性匹配度好。随着热影响区深度的增加,修复试样的强度值呈现先升后降的趋势,热影响区深度为2 mm修复试样的抗拉强度最大,但其塑性较差。     

激光切割锂电池负极极片复合材料的数值模拟

为了探究负极极片复合材料的切割性质, 采用有限元模型, 对激光切割锂离子电池负极极片复合材料温度场进行数值模拟计算。由温度场分布取得了负极切缝宽度与切缝深度的尺寸大小, 从中研究激光功率、切割速率和光斑半径对负极表层材料切缝宽度与切缝深度的影响。结果表明, 负极表层切缝宽度随激光功率和光斑半径的增加而增大, 随切割速率增大而减小; 切缝深度随激光功率增加而增大, 随切割速率和光斑半径增大而减小。切割至中间铜箔后, 切缝深度变化速率趋缓, 负极材料的复合结构对切缝深度存在明显影响; 在功率为170W、光斑半径为47μm、切割速率变化至600mm/s左右时, 效果最为明显, 切割深度在该参量下达到60μm, 且突破这一阈值后增长速率得到明显提升直至极片完全切断。这一结果可为激光应用于锂离子电池极片复合材料切割提供参考。     

低合金相变诱发塑性(TRIP)钢激光焊接的研究进展

系统地总结了低合金相变诱发塑性(TRIP)钢激光焊接的最新研究成果。重点介绍了在激光条件下TRIP钢焊缝中气孔的形成、熔化区的凝固过程、熔化区和热影响区的组织和性能。还介绍了TRIP钢与异种钢板的激光拼焊,TRIP钢的激光切割、激光钎焊和激光点焊。指出了今后TRIP钢激光焊接的研究方向。     

复合材料加工研究现状及激光在其加工中的应用

简要分析了当前国内外复合材料加工的研究现状和发展趋势,并介绍了复合材料的特种加工技术,重点阐述了激光加工复合材料,具体内容包括切削力、切削热和切削刀具材料及结构等方面的研究成果。综合分析后,对未来激光加工复合材料的发展作了展望。