激光合金化Ni-W-Si涂层的组织与性能研究

以Ni-W-Si合金为原料,利用激光合金化技术在AISI 304不锈钢表面上制备了以W_5Si_3的复合相为增强相的Ni-W-Si涂层,用SEM、XRD与EDS等方法分析了合金的显微组织、相组成及成分,讨论了不同W、Si含量对涂层组织和耐磨性能的影响。结果表明,涂层中析出了大量花瓣状或胞状W_5Si_3、CrSi_2及(Fe,Ni)复合相,对提高涂层抗磨损能力有良好的增强作用;含W量较高的粉末经激光合金化后残余大量未熔W颗粒,新相以其为形核中心析出并长大形成夹心结构;涂层磨损机制主要为磨粒磨损,高强韧的W_5Si_3相使涂层的显微硬度显著提高(最高达10400 MPa),并使室温干滑动摩擦磨损抗性提高了3~8倍。     

紧密对接激光焊焊缝位置神经网络预测

激光焊接过程中,控制激光束准确对中焊缝是获得良好焊件的关键。以低碳钢板紧密对接激光焊(焊缝间隙不大于0.1 mm)作为研究对象,利用磁光传感法摄取焊接过程中焊缝区域磁光图像。分析焊缝区域图像特征,定义并提取紧密对接焊缝位置坐标,以前时刻的焊缝位置及其变化值作为输入量,当前时刻焊缝位置坐标作为输出量,应用神经网络建立焊缝位置的预测模型。试验结果表明,建立的前馈型神经网络能够较好地预测焊缝位置坐标,为激光焊缝及时纠偏和自动跟踪奠定基础。     

激光焊接在白车身上的应用现状

以北京奔驰装焊车间为背景,介绍激光焊接系统的组成及北京奔驰常用的激光焊接技术:激光飞行焊、激光钎焊、激光填丝熔焊。对比分析激光飞行焊与传统点焊技术的优缺点,结果表明,激光飞行焊接在时间效益、焊缝质量、智能化自动化、设备稳定性甚至经济效益方面都优于传统电阻点焊。对比了激光填丝熔焊、激光钎焊与目前先进的CMT电弧焊、CMT钎焊+,结果显示激光填丝熔焊焊接质量及速度均优于CMT电弧焊;激光钎焊的焊接质量优于CMT钎焊+,但焊接速度上未见明显优势;激光填丝熔焊及钎焊设备稳定性及经济效益上均低于CMT弧焊及钎焊,需要进一步发展。     

高功率激光照射致材料气化与熔池行为

激光深熔焊接小孔内前沿孔壁上的动态行为与焊接小孔的动态波动关系密切。为了进一步探明激光照射在前沿孔壁上产生的物理现象,设计激光倾斜照射在板材上的试验以模拟激光照射在倾斜的小孔内前沿孔壁上的状态。拍摄观察激光照射作用下材料的熔化与气化行为,深入分析熔池流动状态与蒸气特征在不同的激光照射角度与不同的照射能量密度时的变化规律。结果显示,激光照射作用下材料熔化形成的熔池表面易产生波动涟漪,且涟漪产生的频率与移动速度随照射激光功率密度的增加而增加。由于涟漪的存在使得涟漪处局部激光照射倾角发生改变,材料对激光的吸收率大幅提高,局部可产生更多蒸气,在气化反冲作用力下,涟漪可被剥离形成飞溅熔滴。     

生物医用多孔Ti-6Mo合金选择性激光烧结的结构特征和力学行为

采用选择性激光烧结金属元素Ti、Mo和粘结剂的混合粉末,制备了多孔Ti-6Mo合金,并研究了其结构特征和力学性能。结果表明,多孔Ti-6Mo合金的孔隙结构与烧结工艺有关,随着烧结温度从1000℃升高到1200℃,孔隙由三维连通孔变为相互孤立孔,孔隙率从58%下降到24%,孔径从112μm减小到43μm;多孔Ti-6Mo合金在室温为片层组织,均由大量α相和少数β相构成,并伴有微量α析出物;压缩应力-应变曲线表现为弹性变形、塑性屈服和断裂区三阶段,随着孔隙率降低,弹性模量和屈服强度分别在2.07~11.9 GPa和31.4~152.8 MPa增大,且相对弹性模量和相对屈服强度和相对密度之间遵循幂律关系。多孔Ti-6Mo合金的孔隙特征和力学性能均可满足自然骨要求,是一种可行的医用材料。     

GH742高温合金激光冲击强化和喷丸强化残余应力

对GH742高温合金进行激光冲击强化和喷丸强化,利用X射线应力分析仪测定强化层的残余应力,对比分析2种残余应力的差异和特征,并采用不同的退火温度进行退火,研究表面残余应力在高温下的稳定性。结果表明,2种表面强化方法都可以在GH742高温合金表层引入残余压应力,但激光冲击强化试样比喷丸强化试样具有更深的残余压应力层和较好的稳定性,且残余压应力最大值在表面;与激光冲击强化的试样相比,喷丸强化试样的残余压应力较浅,而且随着喷丸强度的增加,最大残余压应力也由表面移向了次表面。     

液粘传动摩擦副设计和传动机理的研究进展

液粘传动具有启动冲击小、无极调速、过载保护等性能优点,广泛应用于大能耗设备的调速启动及运行速度控制。但是传动机理和精密、耐磨以及长寿命的液粘传动关键零件的设计制造是制约其应用的瓶颈。本文阐述了液粘传动机理、液粘传动摩擦副间流体的流场特性、液粘传动设备摩擦副设计及材料选型等,在系统分析现有研究成果的基础上,提出了采用耦合激光微造型和反变形对对偶片进行结构和表面微织构主动设计制造的思想,以减小对偶片型面的变形。     

SLM制造金属微小结构件的可行性研究

利用M270金属快速成形设备分别制造薄壁结构和微孔结构,分析了其制造极限和尺寸精度。结果表明:M270加工纯镍粉薄板的加工极限为0.2 mm。板厚0.2 mm以上的薄壁成形稳定性很好,同一批次样件、同一样件不同位置的误差均控制在20μm以下,实测尺寸与理论尺寸单边相差约40μm;孔径0.3 mm以上的小孔成形质量稳定,0.3 mm以下出现不通气现象。小孔直径产生60~90μm的收缩,纵向(Z向)成形比横向(Y向)成形质量高,表面粗糙度值随孔径的增大而减小,到0.45 mm孔径后趋于平缓。     

ICF激光装置靶定位系统运动学耦合问题研究

靶定位系统是惯性约束聚变(Ignition confinement fusion,ICF)激光装置靶场系统的重要子系统之一,但在调靶过程中表现出运动学耦合现象。为了解决此问题,建立靶定位系统的运动学模型,给出靶定位系统产生运动学耦合现象的理论解释,提出一种实用的、与靶的类型无关的"增量式"位姿调整方法,给出该调整方法中必需的一个姿态矩阵的辨识方法。考虑实际靶定位系统中靶传感器的测量能力和六自由度并联机械手的定位能力这两个关键方面的约束条件,对姿态矩阵辨识方法和"增量式"位姿调整方法进行仿真验证。仿真结果表明,"增量式"位姿调整方法不仅有效地解决了靶定位系统的运动学耦合问题,而且能够在靶的期望位置增量不超过一定值(如2 mm)时保证很高的位置控制精度。     

铝合金LB-VPPA复合焊接热源模型

激光-变极性等离子弧(Laser beam-variable polarity plasma arc,LB-VPPA)属双高能束新型复合焊接热源。采用Y4-S2型高速摄像检测了LB-VPPA复合焊接热源形态,在理论分析复合热源产热机理的基础上,利用Fortran语言对SYSWELD软件热源模型进行二次开发,建立能够实现正、反极性循环加载的LB-VPPA复合焊接热源模型。经与实际焊接熔池形状对比研究发现,熔池上部采用双椭球体热源,下部采用三维锥体热源,同时在小孔根部植入圆柱体热源的组合式热源模型与实际LB-VPPA复合焊接热源吻合。从模拟6 mm厚7A52铝合金板的VPPA焊和LB-VPPA复合焊接温度场分布结果发现,LB-VPPA复合焊能量更为集中,可以在平焊位置下实现穿孔型焊接。经实际焊接工艺试验验证了上述模拟结果的准确性。因此建立精确的LB-VPPA复合焊接热源模型对开展厚板铝合金LB-VPPA复合高效焊接提供强有力的理论支持。