激光冲击对E690高强钢激光熔覆修复微观组织的影响

为研究激光冲击对E690高强钢激光熔覆修复层微观组织的影响,选用专用金属粉末对E690高强钢试样预制凹坑进行激光熔覆修复,并使用脉冲激光对激光熔覆层进行冲击强化处理,同时采用扫描电镜、透射电镜和X射线应力分析仪分别对激光冲击前后激光熔覆层的微观组织和表面残余应力进行检测。结果表明:激光熔覆修复后,激光熔覆层组织为等轴晶,熔覆层与E690高强钢基体之间冶金结合良好,其表面残余应力为均匀分布的压应力。经激光冲击后,激光熔覆层截面晶粒得到细化,并观察到大量的形变孪晶,互相平行的孪晶界分割熔覆层粗大晶粒,在激光熔覆层的晶粒细化过程中发挥着重要作用;试样表层位错在{110}滑移面上发生交滑移,在晶界周围形成了位错缠结。经激光冲击后,激光熔覆层冲击区域表面残余压应力数值相较于冲击前提升了1.1倍。     

预应力对熔石英损伤的影响

采用ANSYS进行形变-应力模拟。对不同应力状态下的熔石英表面进行三倍频激光损伤测试,结果发现,预加压应力为0~50 MPa时损伤阈值有明显提高的趋势,用应力耦合作用对此给出了解释:0~50 MPa的预加压应力可以降低和抵消激光辐照产生的张应力破坏,大于50 MPa预应力的耦合作用会使得该处机械性能下降,另外,损伤增长在预应力存在时更容易发生。因此,0~50 MPa预加压应力时的表面预应力可以提高熔石英的抗激光辐照能力。     

激光熔覆层开裂行为的影响因素及控制方法

激光熔覆层开裂是影响覆层质量最主要的因素,特别是厚覆层。选用５ｋＷ 横流ＣＯ２ 激光器对各种不同材料和零件进行厚覆层激光熔覆,实验、检测和使用的效果说明：激光熔覆层开裂主要与激光系统参数、工艺处理条件、覆层材料、基体状况等四个方面有关。分析了熔覆层的开裂行为,并介绍了几种控制方法。     

1064 nm激光致熔石英损伤的数值模拟研究

为了研究1064 nm激光对增透熔石英的热应力损伤机理以及等离子体分布等效应。基于热传导和气体动力学理论,探究了毫秒激光对增透熔石英的热应力损伤和致燃损伤的理论模型,利用comsol软件模拟了1064 nm激光作用增透熔石英时材料内部的热损伤、应力损伤以及激光支持燃烧波,模拟结果表明在激光光斑半径区域内,温升较为明显,形成较大的温度梯度,激光作用区域受热膨胀,其余区域会对膨胀发生抵制,因此材料内部产生应力,其中上表面的径向应力、环向应力在激光光斑边缘附近达到最大值,应力损伤应该先从辐照中心点或激光光斑边缘附近产生,同时发现等离子体的传播是稳态的,燃烧波的最大速度发生在最初时刻,并随着扩散时间逐渐变低。     

CO2激光局域辐照对熔石英损伤特性的影响

研究了CO₂激光局域辐照对熔石英损伤特性的影响, 发现当辐照中心温度较低时(1139 K), 辐照对损伤阈值没有明显影响, 但辐照中心温度较高时(1638 K), 辐照对损伤阈值有明显的影响, 损伤阈值随距离辐照中心间距的增大而减小, 在残余应力产生光程差最大处附近, 损伤阈值降到最小, 随着与辐照中心间距的进一步增加, 损伤阈值略有上升. 对导致此现象的原因做了分析. 由于残余应力的存在, 在辐照中心发生再损伤产生的裂纹后, 裂纹先沿径向扩展, 在残余应力产生光程差最大处附近, 裂纹转而向切向扩展, 这可能与径向和环向张应力随半径的变化有关. 在采用热处理炉退火消除残余应力时, 必须注意元件的洁净处理, 否则退火会出现析晶现象, 对损伤阈值和透射率造成不良影响. 关键词： 2激光局域辐照')" href="#">CO₂激光局域辐照 熔石英 损伤特性     

停顿时间对多道熔覆镍基合金温度场的影响

根据激光熔覆的温度场理论,利用ANSYS有限元模拟软件,模拟了多道熔覆镍基合金上表面的温度场,重点研究了激光道次间的停顿时间对激光熔覆镍基合金温度场的影响。模拟在不同停顿时间条件下的激光熔覆镍基合金的温度场,得到每一道初始位置上表面的最高温度值,以及激光基底和熔覆层交界处不同位置的温度和温度梯度值。模拟结果表明,在多道熔覆的过程中,道次间停顿1.5s对比无停顿和停顿1s时熔覆效果好,并做了相应的实验。实验结果表明,道次间停顿1.5s时,熔池深度变小,熔覆的表面平整度较好,熔覆质量较高。数值模拟和实验一致性较好,模拟和实验结果都表明,停顿时间对多道熔覆镍基合金温度场的影响较大,研究成果对激光多道熔覆镍基合金选择合适的工艺参数、降低温度梯度、提高多道次激光熔覆质量具有重要意义。     

光学元件亚表面缺陷的损伤性检测方法

在磨削、研磨和抛光加工过程中产生的微裂纹、划痕、残余应力等亚表面缺陷会导致熔石英元件抗激光损伤能力下降,如何快速、准确地检测亚表面损伤成为光学领域亟待解决的关键问题。采用HF酸蚀刻法、角度抛光法和磁流变斜面抛光法对熔石英元件在研磨加工中产生的亚表面缺陷形貌特征及损伤深度进行了检测和对比分析,结果表明,不同检测方法得到的亚表层损伤深度的检测结果存在一定差异,HF酸蚀刻法检测得到的亚表面损伤深度要比角度抛光法和磁流变斜面抛光法检测结果大一些。且采用的磨粒粒径越大,试件表面及亚表面的脆性断裂现象越严重,亚表面缺陷层深度越大。     

送粉角度对激光熔覆铁基复合涂层形状特征的影响

通过分析激光熔覆过程中光束、粉末和熔池间的作用机理,建立了送粉式激光熔覆材料有效利用率的数学模型,在此基础上推导了送粉角度与工艺参数之间的定量关系式,并计算了不同送粉角度下的熔覆材料有效利用率、熔高和横截面积。结果表明,在熔覆工艺参数不变的条件下,理论计算的熔覆材料有效利用率、熔覆层高度和横截面积均随送粉角度的增加而增大,且均高于实验检测值。激光熔覆过程中,由于粉末烧损和机械损失,使熔覆材料有效利用率、熔高和横截面积随送粉角度变化出现最大值,理想送粉角度为60。     

斜齿轮激光熔覆Fe基合金组织与性能研究

采用激光熔覆技术在斜齿轮钢表面制备Fe基熔覆层。通过光学显微镜、显微硬度计对熔覆层进行金相组织与显微硬度分析,采用磨损机对熔覆层和基材进行摩擦实验。结果表明:当激光功率为750W,送粉速率为20g/min,扫描速度10mm/s,离焦量为16.4mm时,铁基熔覆层与基体结合界面有明显的白亮带,激光熔覆效果较好,熔覆层的显微硬度值分布在845.3HV至955.6HV之间,约为基体硬度(419.7HV)2倍;熔覆层摩擦磨损性能得到了提高;熔覆层显微组织为均匀而细小的铁素体和珠光体,力学性能优于基体材质。     

耐酸不锈钢表面激光熔覆层耐腐蚀研究

本文研究了在耐酸不锈钢基体上采用激光熔覆和等离子喷焊二种工艺形成的涂层对耐腐蚀性的影响。使用５ｋＷ横流ＣＯ２激光器对预置在基体上的Ｃｏ基自熔合金粉末进行熔覆加工,得到的熔层与等离子焊层对比：激光熔层缺陷率低,被机体稀释率更小,成品率更高。其组织致密均匀,晶粒细小,熔层硬度与强韧性更高。性能试验证明：激光熔层有更好的耐腐蚀性能。     

激光超声检测铝合金材料的残余应力分布

为了有效检测铝合金材料上的残余应力分布,研究了用激光超声技术来检测铝合金材料上的残余应力分布的方法。该方法用Nd:YAG脉冲激光激发声表面波,并用外差激光干涉仪接收。理论分析表明可通过测量表面波在不同位置上声速的相对变化,来确定试样的残余应力分布。并对无残余应力、有压缩残余应力、有拉伸残余应力的三个试样应力分布,进行了实验测定。结果证实了试样的残余应力分布可引发声表面波在不同位置上声速的相对变化,也证实了激光激发声表面波及其接收技术是一种无损检测材料内残余应力分布的有效方法。     

强激光冲击铝合金改性处理研究

利用新型聚偏1.1-二氟乙烯（PVDF）压电传感器,实现了对激光引发的冲击波压力的实时测量,得到激光引发的冲击波峰压在铝中成指数型的衰减规律;观测了不同约束层材料在铝靶表面产生的激光冲击波,研究了不同约束层对冲击效果的影响;最后用激光冲击强化装置对7050-T7451航空铝合金结构材料进行了冲击强化处理,对试件激光冲击区存在的残余压应力及位错密度进行了测量。结果显示经激光冲击处理的试件表面具有极高的残余压应力,可达-200MPa以上。激光冲击处理后铝合金的位错密度得到显著的提高,疲劳寿命提高到175％～428％。这些重要结果对激光冲击改性处理技术的实际应用具有指导性作用。     

激光感应复合熔覆的稀释率分析模型及实验研究

在分析计算感应加热温度模型和激光感应复合熔覆能量作用的基础上,推导出了激光感应复合熔覆稀释率的表达式,定量反映了稀释率与激光、感应能量、材料特性和工艺参数之间的关系,并且通过实验进行了验证。研究结果表明：复合熔覆的稀释率随激光功率的增加而增大,随送粉率的增加而减小,随扫描速度的增大而减小;在其他参数恒定,感应能量增加时,稀释率显著增大。该稀释率分析模型有助于复合熔覆加工中稀释率的控制,为复合熔覆工艺参数的优化设计和熔覆层的质量控制提供了理论基础。     

退火参数对熔石英透射波前和损伤阈值的影响

 采用高温退火技术去除熔石英元件表面由于CO2激光修复带来的残余应力,研究了退火环境对元件的表面污染,分析了不同退火温度（600～900 ℃）和保温时间（3～10 h）对于元件残余应力、透射波前、表面粗糙度和激光损伤阈值的影响。结果表明:在800 ℃以下,高温退火10 h可有效去除CO₂激光修复带来的残余应力,对元件的透射波前和表面粗糙度无明显影响;石英保护盒能有效减少退火环境对元件表面产生的污染,但仍有X射线光电子能谱检测不到的表面污染物存在;在退火后采用质量分数为1%的HF刻蚀15 min,激光损伤阈值可恢复,同时元件透射波前和表面粗糙度并无明显的增加。     

熔石英表面加工引入金属微粒的三倍频激光损伤机制

 以材料表面金属元素吸收作为主线建立熔石英表面损伤模型,理论模拟了激光辐照过程中金属微粒周围温度场的变化,模型结果显示,在脉冲时间内微粒周围温度很快达到损伤判据给出的临界温度。通过激光损伤实验,对比刻蚀与未刻蚀样品之间的损伤密度,证实了金属微粒含量与损伤密度存在密切联系。计算结果和实验结果均表明：金属微粒是熔石英激光损伤中重要的吸收前驱体,极大降低了熔石英材料的表面抗损伤性能。     

三倍频熔石英激光损伤的吸收前驱体

 在三倍频熔石英激光损伤研究中,吸收前驱体的存在是造成熔石英材料表面损伤阈值远低于体损伤阈值的主要原因。以吸收作为主线,建立吸收前驱体引起的熔石英表面损伤模型,并讨论吸收前驱体与熔石英表面损伤的联系。针对金属元素微粒残留理论模拟了激光辐照过程中微粒周围温度场的变化,结果表明在脉冲时间内微粒周围温度很快到达损伤判据所给出的临界温度,通过激光损伤实验,证实吸收性微粒含量与损伤密度有密切联系。针对亚表面裂纹,建立一维模型计算受激后裂纹表面附近自由电子密度分布。计算结果和实验结果均表明：金属元素微粒和亚表面裂纹是熔石英激光损伤中重要的吸收前驱体,金属元素微粒对激光能量的吸收致使周围材料温度在脉冲时间内达到损伤判据温度2 000 K;受激后裂纹表面的自由电子密度达到1021 cm-3的水平,可导致对后续激光的强烈吸收;两种吸收前驱体极大降低了熔石英材料的表面抗损伤性能。     

脉冲Nd:YAG激光熔覆修复塑料模具工艺参数的优化

 激光器的电压、电流、脉冲宽度、脉冲频率与激光的扫描速度、光斑直径等工艺参数直接影响着脉冲Nd:YAG激光熔覆质量。为了简化工艺调整过程，提出了重叠率的概念，并进行了理论推导，建立了重叠率与脉冲频率、激光扫描速度、激光光斑直径相互关系的方程式。利用预置法在低碳钢基体上熔覆Ni基合金粉末,获得了2组最佳工艺参数，即单脉冲能量、重叠率分别为6.7 J,97.4%和21 J,69.4%。研究表明：在单脉冲能量和重叠率一定的条件下，改变电流、脉宽、脉冲频率及熔覆速度不会影响熔覆质量。     

用激光加工硅钢片降低铁损残余变形的云纹干涉法测量研究

应用双镀层高温高频光栅和云纹干涉法对激光加工硅钢片降低铁损的残余变形进行了测量研究。分别对采用ＣＯ２连续激光和ＹＡＧ脉冲激光不同参数处理后硅钢片表面的残余变形进行了测量，对双镀层Ｃｒ－Ｃｒ光栅的制作方法、云纹干涉法测量残余变形的原理进行了讨论。实验结果表明，硅钢片在激光加工后，试件表面产生负性残余应变是细化磁畴，降低铁损的直接原因     

熔石英表面热致应力对激光损伤行为影响的研究

为了研究热致应力对光学元件损伤特性的影响,通过实验测试退火处理消除热应力和未消热应力石英基片的激光损伤特性,研究了热致应力对石英元件初始损伤阈值、损伤增长阈值以及损伤增长规律的影响.结果表明,热致应力对熔石英光学元件的初始损伤阈值有影响,初始损伤阈值随着热致应力增大而降低;热致应力会加剧激光引发的损伤增长,相同的激光通量下,表面应力越大的区域拥有越高的损伤增长因子,但损伤增长仍遵从指数增长规律.热致应力对损伤增长阈值没有明显的影响.本文的研究将为CO2激光预处理工艺能否被应用于大口径光学元件提供一个必要的技术参考.     

激光加工技术——激光熔覆

 激光熔覆技术是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化,并快速凝固后形成稀释度极低、与基体材料成冶金结合的表面涂层,从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电器特性等的工艺方法。它始于1974年,而兴起于80年代,可以在低成本钢板上制成高性能表面,代替大量的高级合金,以节约贵重、稀有的金属材料,提高材料的金属性能,降低能源消耗,适用于局部易磨损、冲击、剥蚀、氧化及腐蚀等零部件,具有广阔的发展前景。正因为其发展潜力很大,经济效益可观,所以引起了国内外的普遍重视,纷纷投入人力,物力,财力等进行研究。