光斑搭接率对激光清洗铝合金阳极氧化膜表面质量及耐磨性能的影响

目的研究激光清洗铝合金表面阳极氧化膜后,光斑搭接率对基材表面质量及磨损性能的影响规律。方法采用纳秒脉冲激光器清洗7075铝合金表面的阳极氧化膜,分析不同激光光斑搭接率(20%~60%)对材料表面形貌、元素含量、表面粗糙度、显微硬度、残余应力和耐磨性的影响,通过研究激光清洗后7075铝合金的表面特征,探究激光光斑搭接率对铝合金表面耐磨性的影响规律。结果随着光斑搭接率的减小,被清洗表面的显微硬度、粗糙度均呈现先减少后增大的趋势,残余应力呈现下降趋势。当光斑搭接率为46.7%~60%时,试样表面存在烧蚀形成的凹坑,导致粗糙度增大。当光斑搭接率为20%时,氧元素的含量较高,氧化膜去除不完整,达不到清洗要求。当激光光斑搭接率为33.3%时,激光清洗能够有效去除7075铝合金表面的阳极氧化膜,并会形成粗糙度较小、显微硬度较大的熔融热氧化层。结论经不同光斑搭接率清洗后,清洗表面磨损机制主要以磨粒磨损和剥层磨损为主,在光斑搭接率为33.3%时,表面清洗效果较好,同时清洗后的表面生成的熔融热氧化层可以提高耐磨性,此时样件表面磨损量达到最低值,这为铝合金清洗后重新使用提供了可行性。

搭接率对激光重熔氧化锆涂层结构及热震性能的影响

针对大面积激光重熔热障涂层后搭接区域结构的变化影响涂层使用寿命这一问题,对氧化锆涂层进行多道次激光重熔,探究了不同搭接率下重熔涂层表面及截面微观组织形貌的变化规律,并在电阻式加热炉中进行了热震实验,温度设定为1 050℃,分析随搭接率变化的涂层结构对热循环寿命的影响规律。通过扫描电镜观察发现:前后两个道次重熔层的裂纹在分界线处相互贯通,随着搭接率的增加,搭接区域的裂纹密度随之减小,而凹坑和微块的数目随之增加;热震实验后,裂纹平均宽度减小至5μm,表面出现大量凹坑,大部分由微块脱落所致;随着搭接率的增加,搭接区域截面纵向裂纹的偏转角先增加后减小,而涂层的热循环寿命先减小后增加;截面纵向裂纹的偏转加速水平裂纹的产生,当搭接率为0.30时,偏转角最小;当涂层脱落面积达到20%及以上、搭接率为0.30时,重熔涂层的热循环寿命最长。

搭接率对AISI202焊接接头激光冲击应力分布的影响

目的研究光斑搭接率对激光冲击处理后残余应力分布的影响。方法采用不同的光斑搭接率对AISI202不锈钢焊接接头进行激光冲击处理,利用X射线衍射法测定激光冲击强化后的残余应力。结果随着光斑搭接率的增加,残余应力场得到增强,并且应力分布更加均匀。搭接率由50%增加到80%,平均横向残余压应力增加了20%,波动减少了30%;平均纵向残余压应力增加了30%,波动减少了13%。结论提高光斑搭接率可以优化激光冲击处理后焊接接头的应力分布。

新型光斑搭接对平顶激光冲击钛合金力学性能的影响

针对平顶光束的特点,为简化工艺,提高加工效率,提出了一种简化加工过程的搭接率工艺方法。采用一种纵向25%、横向56.5%的搭接率工艺,并对该搭接率下的残余应力、显微硬度、高周疲劳极限等力学性进行验证,对比其与传统50%搭接率下的性能差异。结果表明:在新型搭接率下,平顶激光冲击钛合金表面产生的残余压应力均值为-564.5 MPa,影响深度达0.82 mm;在传统搭接率下,表面产生的残余压应力均值为-559.2 MPa,影响深度达0.81 mm。在新型和传统两种搭接率下,平顶激光冲击钛合金表面重叠次数多的位置,显微硬度平均值分别为570.9和562.6 HV0.3,重叠次数少的显微硬度平均值分别为432.1和453.4 HV0.3;钛合金截面上的硬化层深度均为0.4 mm。在新型和传统两种搭接率下,平顶光束冲击钛合金的疲劳极限分别为256.3和264.6 MPa。基于平顶光束,与传统工艺相比,简化的新型搭接率工艺可以获得较好的力学性能,并提高加工效率,降低加工成本。

偏振态对飞秒激光加工石英玻璃表面质量的影响

为研究线偏振和圆偏振对飞秒激光烧蚀加工石英玻璃表面质量的影响,开展不同扫描速度的线烧蚀试验和不同线重叠率的面烧蚀试验.研究了线、圆偏振光对烧蚀线宽度的影响,利用光学显微镜和环境扫描电子显微镜观察烧蚀形貌,并使用三维表面轮廓仪进行烧蚀面粗糙度分析.结果表明：线偏振光烧蚀线宽度大于圆偏振光,且激光功率越大,线宽差异越明显;当线重叠率在65％～90％时,线偏振光烧蚀表面粗糙度随重叠率增大而增大,在重叠率为65％时达到1.33 μm;线轮廓算术平均偏差随重叠率增大先减小后增大,并在重叠率为80％时达到较小值1.05 μm;当重叠率不到80％时,线偏振光烧蚀面线轮廓算术平均偏差比圆偏振光小;重叠率为90％时,其线轮廓算术平均偏差反而比圆偏振光大.

基于不同搭接率的激光熔覆温度场数值模拟研究

搭接率是优化激光熔覆质量的一个重要工艺变量,为探究温度场特征,利用ANSYS有限元分析软件对0、1/3、1/2搭接率条件下的激光熔覆模型展开数值模拟研究,求解温度场。分析结果表明:激光束的热辐射是熔池形成的主因;各搭接率条件下基材的等温轮廓线均呈近似"椭圆"形状,搭接率的调整会显著影响其温度分布区间,另外基材各区域会承受不同的温度载荷,如峰值温度、热循环周期等,增大搭接率会提升基材整体的温升幅值。

影响激光熔覆层品质的主要因素分析

从熔覆层表面形貌和稀释率两个评判依据出发 ,简要阐述了影响激光熔覆层品质的主要因素 :激光功率、光斑形状和尺寸、基体材料、涂层材料和搭接率 ,并由此提出了相应的改善措施 。

扫描路径和搭接率对激光平面熔覆基板变形的影响

结合实验观察,研究了激光平面熔覆扫描路径和搭接率对基板变形的影响,探讨了基板的变形机理,确定了影响变形的主要因素,为采取控制基板变形的工艺方法奠定了基础。

送粉式宽带激光熔覆——搭接基础理论的研究

研究了大面积送粉激光熔覆搭接技术—搭接系数选择的理论依据 ,推导出搭接条件下粉末有效利用系数和稀释率的表达式 ,并利用金相检测出的熔覆层宏观参数及相关的物理参数对不同搭接条件下的粉末有效利用系数ε和稀释率

紫外激光改性氧化钒薄膜

氧化钒薄膜制备后需要进行退火处理以降低非晶态氧化钒薄膜的方阻大小并改善薄膜结晶特性。传统退火方式时间较长且退火过程会导致器件性能降低。本文主要利用激光精确控制的特点处理氧化钒薄膜,通过平顶光路系统改变激光功率、高斯光斑形貌以及光斑的重叠率对氧化钒薄膜进行退火处理,主要研究了激光能量密度以及光斑重叠率对氧化钒薄膜的方阻,表面粗糙度以及结晶度的影响。实验结果表明激光功率为0.7 W,光斑重叠率为93.33%,光斑能量密度为62.2 m J/cm^2时,退火氧化钒薄膜的方阻值明显降低,薄膜表面光滑且氧化钒结晶度较好。

脉冲激光焊缝的焊点重叠率与凝固特征关系的研究

采用SW-500型Nd:YAG固体脉冲激光器对厚度1.0 mm的M170P汽车用薄钢板进行了焊接性试验。研究了脉冲激光工艺参数对焊缝表面脉冲激光焊点重叠率的影响,分析了焊缝的凝固特征。结果表明,焊缝表面脉冲激光焊点的重叠率主要受焊接速度和脉冲频率的影响,当脉冲激光焊点重叠率为70%左右时,焊缝具有良好的表面成形性。采用"适度熔透"模式形成的焊缝,其横向截面形状基本呈倒梯形,纵向截面的凝固特征线整体弯曲度较小,呈等距离分布;而采用"过度熔透"模式形成的焊缝,其横向截面形状呈双曲线形或梯形,纵向截面凝固特征线中间的弯曲度较大,类似鳞片状分布。

飞秒激光烧蚀石英玻璃表面质量分析

基于不同激光功率线烧蚀试验,研究激光偏振模式对烧蚀线宽度及表面形貌特征的影响。结合线烧蚀优化参数,开展不同线重叠率δ的面烧蚀试验,利用表面轮廓仪进行烧蚀表面粗糙度分析;建立扫描速度和线重叠率对残留高度影响的关系表达式,并进行计算分析。研究表明,当线偏振方向平行于扫描方向时,线偏振光烧蚀线质量优于圆偏振光,且其烧蚀线宽比圆偏振光大。当δ由65%增大到90%时,线偏振光烧蚀面垂直于扫描方向的轮廓算数平均偏差Ra先减小后增大,并在δ=80%时达到最小值1.05μm;圆偏振光Ra随δ增大而减小,在δ=90%时达到最小值1.63μm。此外,烧蚀面微观不平度十点高度Rz计算结果与试验结果基本吻合,且Rz与δ呈线性关系,并随δ增大而减小。

搭接次数对40Cr钢激光冲击残余应力分布的影响

利用Nd：YAG激光器对40Cr表面进行不同光斑搭接率的激光冲击强化处理。采用XRD-350A型X射线衍射仪对冲击后表面不同搭接区域的残余应力进行分析。结果表明：激光冲击后的表面残余压应力明显大于未冲击的表面残余压应力。当光斑搭接率为50%时,测得的最小残余压应力为基体的3.3倍。随光斑搭接率的增加,不同搭接区域表面的平均残余压应力随之增加。搭接率50%时表面平均残余压应力为搭接率30%时表面平均残余压应力的1.36倍。随着搭接次数的增加,表面残余压应力也随之增加,而增幅随之减小。

工艺参数对激光选区熔化316L不锈钢表面质量的影响

通过多因素实验法在316L不锈钢基体板上采用激光选区熔化技术(SLM)成型单道和单层的熔覆层。对打磨后的熔覆道在扫描电镜(SEM)下进行观察。调节扫描间距和扫描方式,使用定因素分析法,根据成型面质量,找出最合适的扫描间距和扫描方式。结果表明:在其他成型参数一定的条件下,适当增加激光功率能增加粉末能量摄入,减少制件表面缺陷。在扫描间距为0.07 mm时搭接率大小合适。扫描方式对成型制件的表面粗糙度和硬度都有一定影响,在确定其他成型参数后,采用跳转变向的加工方式能成型出较好质量、较大硬度的制件。制件表面球化现象主要因为熔融金属在较短的冷却时间内不能完全铺展开形成球状的颗粒,适当提高激光功率能有效减少球化颗粒的产生。

激光清洗重叠率对5A06铝合金表面形貌与腐蚀性能的影响

通过调节脉冲频率和扫描间距控制激光重叠率为0%、20%、40%、60%、80%激光清洗5A06铝合金表面,分析了不同重叠率激光清洗铝合金的表面形貌、元素分布、化学成分以及腐蚀性能的变化。结果表明,激光清洗后铝合金表面氧含量随激光清洗重叠率的增加而降低,当激光清洗重叠率为80%时,表面氧含量较未清洗时降低了67.13%,表面形貌及化学组成发生了变化,表面粗糙度得到提高。随激光清洗重叠率的增加,5A06铝合金的自腐蚀电流密度先升高后降低,容抗弧半径先减小后增大,耐腐蚀性能先降低后增加。当激光清洗重叠率为80%时,铝合金表面耐蚀性优于未清洗铝合金表面。

激光冲击光整对2024铝合金铣削平面表面质量的影响

目的减小铝合金铣削平面的表面粗糙度,满足工程应用中对构件高质量表面的需求。方法通过铣削加工获得3种具有不同初始表面粗糙度的平面试样,试样的Ra分别为1.439、0.614、0.220μm。采用短脉冲、高功率密度激光对表面进行光整处理,利用激光共聚焦显微镜观察光整后试样的表面形貌,采用粗糙度仪检测试样的表面轮廓和表面粗糙度,分析光斑搭接率和激光能量对铝合金铣削平面表面质量的作用规律。结果在脉冲宽度为12 ns、波长为1064 nm、工作频率为1 Hz、光斑直径为2 mm的平顶光束作用下,试样的表面形貌发生重塑。当光斑搭接率为30%、50%、70%时,对于Ra=1.439μm的试样,在冲击后其表面轮廓变化幅值分别为6.88、6.71、6.20μm,表面粗糙度变化率分别为−70.8%、−72.9%、−73.2%;对于Ra=0.614μm的试样,在冲击后其表面粗糙度变化率分别为−58.0%、−58.8%、−66.1%。当激光能量为1.5、2.5、3.5、4.5 J时,对于Ra=1.439μm的试样,在冲击后其表面轮廓变化幅值分别为6.92、6.71、5.22、6.18μm,表面粗糙度变化率分别为−68.1%、−72.9%、−74.6%、−73.8%;对于Ra=0.614μm的试样,在冲击后其表面粗糙度变化率分别为−49.2%、−58.8%、−54.4%、−58.1%。结论合理增大光斑搭接率和增强激光能量,能够有效去除铣削刀痕,改善试样表面形貌的均匀性。光斑搭接率和激光能量对表面粗糙度的影响与试样的初始表面粗糙度有关。对于Ra=1.439μm和Ra=0.614μm的试样,增大光斑搭接率和增强激光能量均能显著降低其表面粗糙度;对于Ra=0.220μm的试样,在文中的激光冲击参数范围内均不能有效提高其表面质量。

光斑搭接率对GH3030合金表面积碳及氧化物清洗质量的影响

采用200 W的纳秒脉冲光纤激光器对GH3030镍基高温合金表面积碳及氧化物进行了激光清洗实验研究,分析了激光光斑搭接率对清洗表面形貌、元素成分、相组成、表面粗糙度以及显微硬度的影响。结果表明:随着激光光斑搭接率从58.33%增大至70.83%,碳元素和氧元素含量均呈现先降低后升高的趋势,镍元素含量则先升高后降低,表面粗糙度先减小后增加。当光斑搭接率为66.67%时,碳元素和氧元素含量均下降到最低值,分别为5.01 wt%和1.40 wt%。同时,镍元素含量达到峰值,为72.96 wt%,表面粗糙度Ra减小至0.229μm,Rz减至1.47μm。改变激光光斑搭接率不会对GH3030高温合金的表面显微硬度产生显著影响。

载气流量及搭接率对激光熔覆涂层形貌和应力场的影响

采用5 kW CO_(2)激光器在42CrMoA钢表面制备Ni45合金涂层,研究载气流量和接搭率对Ni45合金激光熔覆涂层的影响。采用有限元方法研究搭接率对涂层温度场和应力场的影响。采用气固两相流理论、FLUNT软件对送粉过程中的粉末流态进行有限元分析,研究载气流量对涂层形貌的影响。结果表明,随着搭接率的增大,熔覆层应力逐渐升高,导致涂层裂纹增多。通过300℃保温缓冷处理消除涂层裂纹。当搭接率<40%时,涂层平整度较差。当搭接率≥40%时,涂层平整度较好且相差不大。当载气流量≤450 L/h时,涂层表面较平整。当载气流量>450 L/h后,涂层表面平整度开始下降。最佳熔覆工艺参数为载气流量450 L/h、搭接率40%。

激光旁轴送丝熔覆堆积成形焊缝特征拟合及最佳搭接率模型验证

在激光旁轴送丝熔覆成形中,表面平整度是影响其成形质量的关键因素。为获得理想的表面平整度,选取ER-2209焊丝,基于激光旁轴送丝单层单道熔覆焊缝形貌,使用MATLAB软件对其进行图像处理、焊缝特征提取及数学拟合。试验结果表明,传统焊缝的抛物线模型与实际熔覆焊缝特征差异较大,为保证误差可控,同时避免不利因素的产生,经过多组不同阶数的拟合结果对比发现,使用6阶函数对试验对象的拟合效果更好。由焊缝曲线的拟合结果可得出最优拟合函数,进而利用微分的思想建立最佳平整度的数学模型,可求解出最佳理论搭接率,并通过5组单因素激光旁轴送丝搭接试验对所提出的表面平整度模型进行验证。结果表明,焊缝表面平整度是焊缝特征和层间偏移量的函数;该模型的理论最佳搭接率是30.45%,试验验证的理想搭接率在30%~35%之间,在试验误差允许范围内理论最佳搭接率成立。在实际的激光旁轴送丝熔覆成形过程中,可以根据实际情况,在理论最优搭接率基础上小范围灵活调整。

二维振镜超快激光高精加工球面等角螺旋槽研究

为解决动压气浮轴承球面螺旋槽加工难度大的问题,提出一种基于Bézier曲面分割法的光斑重叠率补偿方法。通过研究平均功率、扫描速度、离焦量对TN85金属陶瓷激光刻蚀深度和宽度的影响,确定优化参数;采用1064 nm波长的皮秒激光配以二维x-y扫描振镜,在TN85金属陶瓷球面上完成了粗糙度Ra约为65 nm、深度为(4±1)μm、高度落差为4.5 mm的12条圆周分布螺旋槽阵列加工,加工时间小于10 min。所提方法实现了激光二维振镜对曲面螺旋刻槽深度可控的高精加工,兼顾精度效率,具有良好的工程化应用优势和发展前景。