激光冲压TC4钛板小曲率成形研究

利用激光冲击波技术对钛合金板料进行了成形实验,所采用的激光波长为1.064μm,脉宽约23ns,能量35J左右,有效光斑直径8mm,脉冲的重复率0.5Hz.并用ABAQUS软件对激光冲压TC4板料成形进行了仿真分析,探讨了激光参数、板料性能、约束边界、冲击路径等条件对板料小曲率成形的影响,获得了在激光连续冲击条件下,板料成形深度、成形轮廓与激光参数、约束边界条件和冲击路径之间的变化规律.通过此类激光冲击实验可优化激光冲击的相关参数,预测板料变形.     

激光冲击304不锈钢微观组织和性能研究

采用激光冲击强化改善304不锈钢耐磨性能。利用电子背散射衍射（EBSD）、显微硬度和球磨实验分析了激光冲击前后试样的微观组织和性能,探讨了激光冲击对其磨损性能的影响机理。结果表明,激光冲击304不锈钢后,其比磨损率下降,显微硬度从200 HV提高到260 HV。这是由于激光冲击强化304不锈钢使得材料表层晶粒碎化和大量亚结构形成,同时诱发马氏体相变的共同作用下,提高了304不锈钢的显微硬度,改善了其耐磨性能。     

激光冲压钛合金板小曲率成形研究

为了探索钛合金板材激光冲击成形的新工艺这一目的,采用了激光冲击波技术对钛合金板料进行了激光冲击成形实验和仿真分析,取得了在激光波长为1．054μm、脉宽约23ns、能量约35J、有效光斑直径8mm、脉冲重复率0．5Hz条件下,钛合金板料变形的实验和仿真数据。实验和仿真结果均表明,对于钛合金这一类用传统的加工工艺难以成形的材料,采用激光冲击这一新颖先进的加工手段,只要控制好用于冲击的激光参数和冲击路径,就可以使板料发生事先设定的小曲率变形。这一实验和仿真结果对揭示在激光连续冲击条件下,激光加工参数、板料力学性能、约束边界、冲击路径等条件对板料小曲率成形深度、成形轮廓的影响是有帮助的。     

线能量对奥氏体不锈钢激光焊接质量的影响

为了研究线能量对304奥氏体不锈钢激光焊接质量的影响,采用高功率Nd:YAG激光器及焊接机器人对304奥氏体不锈钢薄板进行了激光焊接工艺试验,并使用光学显微镜、显微硬度计、拉伸试验机等仪器重点研究了线能量对304奥氏体不锈钢激光焊接焊缝成形和力学性能的影响.结果表明,线能量对焊缝成形、显微硬度及力学性能有较大影响,接头显微硬度分布不均匀,低功率时静拉伸强度最小值为671.67MPa,高功率时静拉伸强度最小值达780MPa.     

TC4钛合金光纤激光焊接工艺研究

采用6 kW光纤激光器焊接5 mm厚TC4钛合金,试验研究了焊接工艺参数对焊缝成形的影响,分析了焊接接头微观组织和硬度,测试了室温下焊缝的力学性能.研究结果表明:光纤激光焊接5 mm厚钛合金,能够得到成形良好、无裂纹和气孔的焊接接头.接头各区域的显微硬度均高于母材,焊缝抗拉强度与母材相当.     

TC4激光立体成形显微组织对超声参量的影响

以TC4钛合金激光立体成形件及锻件为研究对象,采用不同热处理制度对TC4钛合金激光立体成形件进行处理得到不同的热处理组织,并采用超声波无损检测方式获得超声波纵波声速和衰减系数,明晰超声参量和显微组织的相互作用机理。结果表明,不同的显微组织具有不同的超声波纵波声速和衰减系数;相比超声波纵波声速而言,衰减系数对TC4钛合金激光立体成形显微组织的变化更为灵敏。     

激光冲击TC4材料硬化效应的实验研究

利用激光冲击波技术对TC4钛合金板料进行了材料硬化效应的实验研究, 所采用的激光波长1.064μm,脉宽23ns,能量35J,有效光斑直径8mm,脉冲的重复频率0.5Hz.并用ABAQUS软件对激光冲压TC4板料成形进行了仿真分析,探讨了材料的硬化效应对板料后续成形的影响,获得了在激光单点单次、双点双次冲击条件下,板料成形深度、成形轮廓受材料硬化行为影响的规律.通过此类激光冲击实验可优化激光冲击的相关参数,精确控制板料变形.     

非熔透激光搭接焊SUS304奥氏体不锈钢无焊缝侧变形机理

利用光纤激光器对DC01镀锌钢板和SUS304奥氏体不锈钢薄板进行了激光非熔透搭接焊实验、反变形焊接实验,测得了SUS304钢板(下板)表面微凸起的变形量和变形轮廓,研究了非熔透焊后SUS304钢板表面微凸起变形产生的机理。研究结果表明:角变形是SUS304钢板表面微凸起产生的重要原因;通过反变形法矫正角变形可降低微凸起的最大高度,但微凸起区域的塑性凸起变形仍存在;焊接过程中的角变形和热膨胀引起的塑性变形是非熔透搭接焊下SUS304不锈钢板无焊缝一侧微凸起变形的主要原因。     

激光冲压TA2板小曲率成形研究

随着现代科学技术的飞速发展,对钛合金板材成形件的需求量日益广泛,由于采用传统的工艺成形钛合金比较困难,因而探索钛合金板材成形的新工艺和新技术具有十分重要的意义。笔者利用激光冲击波技术对钛合金板料进行了成形实验,所采用的激光波长为1.054μm,脉宽约23ns,能量35J左右,有效光斑直径为8mm,脉冲的重复率为0.5Hz。并用ABAQUS软件对激光冲压TA2 板料成形进行了仿真,探讨了激光参数、板料性能、约束边界冲击路径等条件对板料小曲率成形的影响,获得了在激光连续冲击条件下,板料成形深度、成形轮廓与激光参数、约束边界条件和冲击路径之间的变化规律。     

激光冲击强化对TC17微观组织和表面硬度的影响

为了研究激光冲击次数和冲击能量对TC17钛合金微观组织和表面硬度的影响,采用不同的工艺参量对TC17钛合金进行了激光冲击强化处理。TC17钛合金在激光冲击后,表面形成了剧烈塑性变形和高密度位错,冲击过程中位错发生增殖、塞积、缠结等现象,单脉冲冲击形成的微凹坑的深度最大可达21.4μm;脉冲能量为5J、搭接冲击次数从1次增加到4次时,材料的表面硬度相比母材的增幅分别为8.3%,17.2%,24.3%和24.5%;5J和7J冲击1次时,表面硬度相比母材增幅分别达8.3%和14.2%。结果表明,随着冲击次数和脉冲能量的增加,TC17材料表面硬度随之增加,激光冲击强化使材料表面产生高密度位错,这是其表面硬度增加的关键原因。     

AlMgSc合金板激光冲击成形实验研究

A lMgSc是航空航天等尖端领域的一种新型轻合金结构材料。利用江苏大学强激光研究所的高功率钕玻璃激光器对A lMgSc合金板进行了激光冲击成形实验研究,用TaylorHobson三坐标表面轮廓测量机测量了冲击后板料的变形量以及表面的粗糙度。实验结果表明:约束层的刚度越大,激光诱导的冲击波力越大,板料的变形量越大;当只有激光能量大于某一临界值(该值与材料本身有关)时,板料的变形量才随着凹模孔径的增大而增大;板料的变形量随着半径方向的冲击波压力变化而不同。最后介绍了压力测量原理及其公式。     

激光半模冲击成形中板料反向变形现象研究

为了研究激光半模冲击成形在工业领域的实际应用,利用钛合金薄板作为试样进行波形零件的冲击试验,冲击过程中发现试样局部区域产生了反向变形,尤其在薄板中心区域反向变形现象更为严重.板料的反向变形使板料不能与凹模密切贴合,严重影响了冲击成形的质量.通过分析发现,由于激光能量较高,使板料与凹模凹陷处接触时的残余速度过高,从而导致板料与凹模发生剧烈碰撞.当板料因碰撞产生的反向运动速度大于板料反向屈服的速度阈值时将会产生影响成形质量的反向变形.通过调整激光能量避免了反向变形的发生,得到了理想的波形零件.实验与分析的结果表明,在满足半模冲击成形塑性变形量的基础上,采用较低的激光能量,既可避免反向变形的产生,又可保证半模冲击成形的质量.     

高能应变率下钛合金靶材层裂模拟研究

针对激光诱导冲击波的力学效应,建立了TC4钛合金靶材在单脉冲纳秒激光和单脉冲飞秒激光加载下的有限元仿真模型,分别分析了纳飞秒激光加载下的TC4钛合金靶材层裂与靶材厚度的关系。仿真结果表明高能激光加载下拉应力以及材料表面发生的形变都与靶材的厚度有关,因此层裂程度与靶材厚度相关,表现为TC4钛合金靶材厚度越大越难以发生层裂。对于纳秒激光,峰值压强为6.945 GPa的条件下,靶材厚度在0.3 mm和0.8 mm时,靶材发生层裂;当厚度为1 mm时,材料发生形变。对于飞秒激光,峰值压强为41.33 GPa的条件下,靶材厚度在0.01 mm时靶材破损;靶材厚度为0.05 mm时发生形变。     

单次激光冲击下板料变形的理论分析

金属板料的激光冲击成形(LSF)技术是利用高能激光诱导的高幅冲击波的力效应，而非热效应。它是在激光冲击强化基础上拓展出的又一崭新的研究领域。根据爆轰波和爆炸气体动力学理论，建立了板料激光冲击成形中，激光-能量转换体-靶材系统的冲击波压力的物理模型和理论估算式。通过对激光冲击波载荷作用下板料变形过程的理论分析，建立激光冲击板料变形的数学模型，得到板料变形量与加工系统中各种参数之间的相互关系，为加工过程中各种参数的合理优化，板料变形过程的有效控制，实现大面积金属板料的激光冲击成形提供了理论依据。     

激光立体成形Ti-Al-V系的合金力学性能

研究了以元素粉末为送进原料时,激光立体成形(LSF)Ti-Al-V系合金的力学性能。结合激光立体成形Ti-xAl-yV(x≤10,y≤25)合金的硬度测试分析和人工神经网络模型优化,获得激光立体成形Ti-xAl-yV合金成分-硬度的关系。选择典型成分合金进行室温拉伸性能测试,在此基础上获得激光立体成形钛合金抗拉强度与显微硬度的比例因子K值为2.86～3.00,可实现对激光立体成形Ti-xAl-yV(x≤10,y≤25)合金的抗拉强度预测。另外,室温拉伸性能测试结果表明,激光立体成形Ti-4Al-3V、Ti-5Al-3V、Ti-4Al-4V、Ti-5Al-4V以及Ti-3Al-6V沉积态的综合室温拉伸性能均达到Ti-6Al-4V合金的锻件标准。     

不锈钢板激光冲击变形的实验结果和数值模拟

实验研究了不同的光斑间距对SUS304不锈钢板激光冲击的变形影响,并用ABAQUS软件进行了有限元仿真分析.实验和仿真结果均表明:随着光斑间距的减小,受冲区域更加平整.通过数值模拟可优化激光冲击的相关参数,预测板料变形.     

激光立体成形17-4 PH不锈钢组织性能研究

对激光立体成形17-4 PH(0Cr17Ni4Cu4Nb)沉淀硬化不锈钢沉积区热处理前后的组织和常规力学性能进行了研究。光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)结果表明,沉积态组织主要由板条状马氏体和分布于其上和板条间少量的第二相强化质点组成。根据合金特性,推测马氏体基体上弥散析出的第二相强化质点应该为M7C3及NbC型碳化物等。靠近基材处的沉积态组织以细长的板条状淬火马氏体为主;远离基材的沉积态组织则变成粗大的板条状马氏体。沉积态试样经过固溶时效处理后,组织变为细小均匀的板条状回火马氏体,并且基体上析出了更多的第二相强化质点,这类强化质点推测应为NbC型以及M7C3,M23C6型碳化物。成形件经过热处理后,强度、硬度略微提高,而塑性则显著增加。并且其抗拉强度和塑性均高于锻棒标准,屈服强度则略低于锻棒标准。热处理前后成形件拉伸断裂均属于韧性断裂,其中M7C3型碳化物等形成的第二相质点是微观空穴和韧窝形成之源。     

激光选区熔化成形TC4钛合金薄壁件变形与残余应力

增材制造（3-D打印）作为一种近净成形技术，为钛合金薄壁件高质量毛坯制造提供了新途径，但在薄壁件成形过程中产生的变形与残余应力会影响试件的成形质量与后续加工。为了解决这一问题，采用激光选区熔化成形TC4钛合金薄壁件，研究了激光功率、扫描速率、薄壁厚度和扫描路径方向对试件变形与残余应力的影响，测量了试件不同深度的表面残余应力。结果表明，变形主要在薄壁件顶层两侧，最大残余应力主要分布在试件底层与薄壁件中间；当激光功率为180W、扫描速率为1200mm/s时，试件变形最小；当壁厚为0.6mm、扫描路径方向45°时，试件残余应力最小；薄壁件的未处理表面残余应力大于内层表面残余应力。该研究为钛合金薄壁高质量毛坯制造提供了技术帮助。     

中空激光冲击金属板料变形的数值模拟

为了研究中空激光参量对金属板料变形的影响,采用数值仿真的方法,选用不同的中空激光参量对3003铝合金板料进行了冲击成形数值模拟,分析了板料变形的动态响应过程以及成形规律。结果表明,中空激光加载后,板料获得初速度,光斑区域的速度逐渐减少,区域外的速度逐渐增加,带动整个板材的运动;与实心激光冲击板料变形比较,板料底部变形区较为平坦,变形比较均匀,提高了板料的成形性和成形极限。该研究通过选择不同的中空激光参量获得板料的成形规律,为中空激光冲击成形技术提供了依据。