碳纤维增强聚合物复合材料水导激光切割损伤机理研究

碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料在水导激光加工后,切缝表面和横截面存在热损伤,这些损伤是影响材料力学性能、降低材料服役性能的重要因素。针对该问题,采用试验方法分析了加工参数对沟槽几何形貌和表面形貌的影响规律,研究了沟槽表面和横截面的热损伤形成机理。研究结果表明:高激光功率、低脉冲频率和低切割速度可有效增大沟槽深度;激光与材料的相互作用和水射流的冲刷作用是形成沟槽表面热损伤的主要原因。在2 mm厚CFRP切割试验中发现:横截面热影响区宽度与纤维排布方向有关,0°碳纤维热影响区宽度最大,45°和135°碳纤维热影响区宽度次之且宽度相近,90°碳纤维热影响宽度最小;另外,提高水射流速度有利于抑制热影响区的扩展,水射流速度由80 m/s提高至120 m/s,最大热影响宽度缩小35.7%。

激光熔覆制备WC增强镍基合金涂层研究进展

碳化钨(WC)镍基合金涂层具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高硬度等优异性能,利用激光熔覆技术制备WC镍基合金涂层优势明显,已成为国内外研究的热点。通过对激光熔覆制备WC增强镍基合金涂层的研究进展进行综述,首先介绍了WC增强镍基合金涂层的特性及其激光熔覆制备方法,其次介绍了几种常用的熔覆层性能改善措施和后处理技术,最后对WC增强镍基合金涂层激光熔覆制备技术存在的问题及发展趋势进行了展望。

石英玻璃在激光作用下的温度与应力场分析

为了了解CO2激光对玻璃加热的效果,研究石英玻璃在TEM00和TEM11两种模式激光作用下的差别。采用数值计算的方法,得到了石英玻璃在TEM00和TEM11两种模式激光作用下的温度和应力分布。结果表明,对石英玻璃预热时TEM11优于TEM00。

PMMA激光穿透焊接的有限元分析

为了研究不同的参量对塑料焊接的焊缝宽度和焊接深度的影响,建立了塑料激光穿透焊接的数学模型和有限元模型,并利用有限元软件ANSYS对焊接时的温度场进行了计算分析,得到了不同参量下塑料焊接的焊缝宽度和焊接深度。结果表明,单位面积的聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)塑料在单位时间吸收的激光能量越高,焊接深度越大,焊接强度越大;而焊缝的宽度则受到光斑半径和单位面积塑料单位时间内吸收的激光能量的共同影响,随着光斑半径的增大,出现先增大后减小的变化趋势。

CO_2激光作用下运动石英玻璃的温度分布

研究了运动石英玻璃板在CO2激光作用下的热效应,在考虑表面辐射和空气对流的情况下建立了数学模型,采用有限元软件ANSYS进行数值计算,得到了运动情况下石英玻璃的温度分布。比较了激光功率、光斑半径和运动速度对温度分布的影响,得到了温度分布与运动速度和激光参数之间的关系。结果显示石英玻璃板的表面温度随激光功率的增加而增加,随光斑半径、运动速度的增加而减小。

碳纤热塑复合材料激光连接技术研究进展

碳纤热塑复合材料在航空航天、无人机制造、新能源汽车等领域应用前景广阔,高质量的连接是其产业化应用的关键技术之一。介绍了几种碳纤热塑复合材料激光焊接/连接方法的研究现状,分析了当前研究存在的问题,以及未来研究的发展趋势。

钠钙玻璃在CO_2激光作用下的热应力分析

为了研究钠钙玻璃在预热和无预热两种情况下进行激光加工所产生的热应力的差别,在考虑辐射和对流的情况下,建立了激光扫描玻璃板的传热数学模型.分析了热应力与温度场分布之间的关系,并用有限元软件Ansys进行了数值模拟,得到了钠钙玻璃在预热和无预热两种情况下进行激光加工的温度场和应力场分布.计算结果显示预热后进行激光加工产生的热应力小于无预热的情况,试验结果与理论分析和数值计算基本符合.

热塑性塑料激光穿透焊接技术的研究

为了解热塑性塑料激光穿透焊接的物理机理,掌握相关焊接工艺,对PMMA材料的激光焊接技术从理论和实验上进行系统的研究分析,建立了数学模型,利用ANSYS对焊接温度场和应力场进行了计算分析,从理论上找到了焊接参数对焊缝的影响规律。同时进行了激光穿透焊接实验,对焊接时出现的物理现象进行了分析,找到了最佳工艺参数,实现了良好的焊接封装。

激光切割玻璃的研究进展

比较了利用激光和传统机械法的玻璃切割质量,着重介绍了玻璃激光切割中的裂纹控制切割法和熔融切割法,以及它们的研究进展。最后对飞秒激光切割玻璃的方法做了简要的介绍。

搅拌摩擦焊实验教学平台设计与应用

基于立式加工中心,搭建了用于铝合金等低熔点金属的搅拌摩擦焊实验教学平台,选用7075铝合金与6061铝合金开展焊接实验,分别对旋转速度为1000、1200、1400 r/min,焊接速度为100、150 mm/min的焊接接头的表面成型、显微组织与力学性能进行了分析。结果表明,焊缝成型较好,焊核区硬度最高,热影响区硬度较低,在旋转速度1200 r/min,焊接速度100 mm/min时接头的抗拉强度取得最大值,为184 MPa,拉伸断口具有韧窝状特征,呈典型的韧性断裂。该实验平台可实现低熔点金属材料的有效焊接,同时可满足材料专业学生的焊接实验教学与科学研究的需求。

CFRP与不锈钢激光焊接的有限元分析

为了研究碳纤维增强热塑性复合材料(CFRP)与不锈钢激光焊接的机理,及不同工艺参量对焊缝质量的影响规律,采用ANSYS建立了基于热传导焊的3维有限元模型,计算得到了温度场和应力场的分布,分析了激光功率、焊接速率和光斑直径等参量对焊缝宽度和焊接深度的影响规律,并进一步计算分析了焊接后的残余应力对焊接质量的影响情况。结果表明,该有限元模型能够快速、有效模拟激光对CFRP-不锈钢焊接温度场和残余应力分布;激光功率、焊接速率和光斑直径等工艺参量对焊缝宽度和焊接深度有着重要的影响;计算出的焊接残余应力与残余应力的理论分布规律也基本吻合,验证了该有限元模型的可靠性。该研究结果对获得高质量CFRP-不锈钢焊接接头是有帮助的。

镍铁铝混合粉末的激光熔覆冶金研究

为了利用高能激光束将镍、铁、铝金属单质的混合粉末快速熔融,得到高性能的镍铁铝合金,并直接用于熔覆,采用激光3-D打印的金属粉末成型的方法,用一台中低功率的光纤激光器,以工程中常用的轧制不锈钢板为基底,研究了一定比例的镍、铁、铝混合粉末的熔覆冶金情况。通过优化激光工艺参量(激光频率、扫描速率、激光功率和离焦量)组合,得到了质量良好的单道熔覆结果。通过激光共聚焦显微镜、晶相显微镜以及扫描电子显微镜等检测手段,对熔覆条的宏观形貌和微观组织进行观察。结果表明,可获得良好的无气孔无裂纹的合金组织,且合金与基板形成了良好的冶金结合;熔覆层硬度低于基板硬度30HV左右,但截面硬度分布均匀。该研究有助于得到各向性质统一的冶金层。

CFRTP-不锈钢激光连接接头剪切强度及连接机理的研究

针对碳纤维复合材料(CFRTP)与不锈钢间激光热传导连接机理展开研究,采用在复合材料与不锈钢间添加聚苯硫醚(PPS)树脂层的方法来提高连接强度,研究激光功率和焊接速度对剪切强度的影响,利用激光共聚焦显微镜对连接界面微观组织进行了分析,并对连接接头进行了拉伸试验。结果发现:融化树脂在压力作用下流入金属表面的微槽形成机械连接;当功率为320 W、速度为5 mm/s、离焦量为-20 mm时,能量密度为45.71 J/mm2,连接试件的剪切强度达到最大,为15.7 MPa。在CFRTP与不锈钢的激光连接中添加树脂层可显著提高二者的连接强度。

碳纤维增强热塑性复合材料/钛合金激光焊接模拟仿真研究

为研究碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)与钛合金激光高速旋转焊接接头形成机理,探索工艺参数对接头质量的影响规律,建立了CFRTP/钛合金激光高速旋转焊接数学模型,利用有限元方法对焊接接头温度分布进行理论计算,分析了激光功率、焊接速度和光斑半径等工艺参数对接头熔宽和熔深的影响规律,并将理论计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明,利用有限元模拟仿真能够较好地预测CFRTP/钛合金接头的温度场分布;通过对温度场求解结果的数值分析,可以实现CFRTP/钛合金激光焊接过程中接头熔深、熔宽的预测;理论计算结果与试验结果基本吻合,表明模拟仿真能够为CFRTP/钛合金高质量激光焊接提供理论支持。

镍基高温合金激光修复工艺研究

为实现Inconel718高温合金裂纹全激光修复,本工作先采用短脉冲激光对裂纹进行清洗和刻蚀修形,再采用高功率连续激光进行修复。重点研究了激光功率、扫描速度和离焦量等参数对合金的修复形貌、修复区显微组织、物相组成和力学性能的影响规律。结果表明:通过控制工艺参数(激光功率、扫描速度、离焦量)可以得到无缺陷的修复试样;Inconel718镍基高温合金粉末在高能激光束的作用下可以与Inconel718基体实现良好的冶金结合,且没有新的物相生成;修复区显微硬度为基体的87%~88%,抗拉强度约为基体的89%。

CO_2激光辐照下玻璃表面温度分布实验研究

为了研究激光预热玻璃温度场分布,采用实验和数值计算相结合的方法,利用红外热像仪测温装置,对普通钠钙平板玻璃试件在CO2激光辐照下表面的温度进行了测量,并利用热电偶对红外热像仪进行了校正,得到了真实的温度场,对实验和理论计算进行了比较。结果表明,实验得到的温度变化规律与数值计算基本一致。

碳纤维复合材料/钛合金激光连接界面微织构调控工艺研究

碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)与钛合金复合结构的高质量连接是实现飞机轻量化以及高强度制造的关键。采用激光高速旋转焊接技术进行CFRTP/钛合金复合结构的连接,通过在钛合金表面制备不同尺寸网格型微织构研究了界面状态对CFRTP/钛合金接头强度的影响规律。结果表明,钛合金表面微织构的制备可以显著提升接头强度,且不同线间距下的微织构对接头的强度有直接影响,线间距越小,接头强度越高;在CFRTP与钛合金微织构中间添加PA树脂层,有利于提高接头强度。

碳纤维复合材料激光切割制孔工艺研究

碳纤维复合材料(CFRP)具有轻质、高强、耐腐蚀等特点,在航空航天和汽车轻量化制造上被广泛应用,但CFRP的加工上依然面临着一些问题,如边沿毛刺、层间撕裂等。针对CFRP材料加工面临的问题,业内提出了一些新的加工方案,激光加工便是重要的一个解决方案。本文采用532nm波长的皮秒激光在碳纤维复合板上进行了激光切割制孔工艺的试验,对比了不同功率下激光旋转切割、平行填充切割以及十字填充切割3种不同的扫描方式对加工质量的影响。利用共聚焦显微镜对孔质量和热影响区进行了表征分析。试验结果表明,激光旋转切割的加工方式对CFRP的材料去除效率最高,锥度最小,热影响区较小。同时采用了D5766开孔拉伸标准,对3种不同工艺的激光扫描制孔样件及机械制孔样件进行了拉伸试验。相关研究为CFRP高质量的加工提供新的研究思路。

激光熔覆制备TiC增强Ni-30Fe-20Al复合材料的组织与性能研究

为研究激光熔覆制备TiC增强Ni-30Fe-20Al复合材料的组织和力学性能,探索TiC含量对复合材料性能的影响规律,利用激光熔覆技术分别制备了TiC质量分数为0、10%、20%的陶瓷颗粒增强Ni-30Fe-20Al复合材料,并对复合材料的宏观形貌、微观组织、物相组成、显微硬度等进行了表征分析。结果表明,熔覆层与基板形成了良好的冶金结合;TiC颗粒大部分以TiC相的形式存在且弥散分布在熔覆层内;有部分TiC颗粒重熔形成了不同原子比例的新相,使熔覆层的硬度进一步提升;随着加入TiC粉末比例的增加,熔覆层硬度呈增大趋势。

碳纤维复合材料激光切割技术研究进展

碳纤维复合材料具有重量轻、抗断裂、耐腐蚀、耐磨性好等优越特性,被广泛应用于汽车制造、航空航天和军用制品等领域,但同时该材料的硬度高且各向异性及层间强度低,采用传统机械加工时易产生毛刺、分层等损伤,对此综述了激光切割碳纤维复合材料的特点、表面质量及影响因素,总结了该技术在工艺优化、理论仿真方面的研究进展,同时指出了相关研究中存在的问题,并对该技术发展趋势进行了展望。