摘要：镁合金激光焊接的关键的缺陷是焊缝成形差、晶粒粗化及接头性能差。提出环形光斑光纤激光束与功率正弦调制协同作用的镁合金激光深熔焊新工艺,并深入分析了功率调制参数对AZ31B镁合金对接接头表面成形、显微组织和力学性能的影响。结果表明,与恒功率环形光斑激光焊相比,中心光束功率调制环形光斑激光焊缝上表面塌陷显著改善,且成形均匀。中心光束功率调制环形光斑激光焊时,熔池表面熔融金属波动速度较低,焊接小孔和上表面熔池流动更为稳定,有助于产生均匀的鱼鳞纹焊缝。中心光束功率调制可以改变焊缝显微组织结构,合适的调制频率下焊缝中心细小等轴晶区宽,热影响产生的粗晶区窄;过大的调制频率时,焊缝中心等轴晶区消失,形成大量粗晶区,但晶粒内部形成大量变形晶粒。当中心光束功率调制振幅和频率分别为500 W和200 Hz时,接头抗拉强度高达233.41 MPa,伸长率为9.52%,分别约为母材的82.3%和76%,断口以韧性断裂为主,局部存在解理特征。

摘要：变厚截面材料是实现汽车轻量化的有效途径之一,但截面厚度变化的材料连接实现困难.1.2～2.0 mm厚的B340LA变厚截面板在长度和宽度方向上都存在厚度波动,并且不同厚度处的材料硬度存在最大20%的偏差.针对该材料的特性自行设计了专用焊接夹具,提出了阶跃式变功率的激光焊接方法.对比分析固定功率和阶跃式变功率两种激光焊接试验,结果表明:固定功率(900～1 400 W)条件下获得的焊缝形貌与熔透状态均在焊接方向表现出显著的差异性,且部分焊缝会出现塌陷等焊接缺陷;采用1 000 W、1 100 W和1 300 W分段功率的阶跃式变功率焊接,1.2～2.0 mm板厚方向上可得到一致的焊缝形貌和熔透状态,焊缝熔合区的硬度偏差小于9%.与固定功率激光焊接相比,阶跃式变功率激光焊接可实现B340LA变厚截面材料的有效连接.

摘要：激光焊接B340LA高强钢是汽车轻量化设计制造的重要技术难题。采用Fe30金属粉末作为填料开展了B340LA高强钢激光填粉焊接工艺试验,研究了对接间隙、焊接速度和填粉速度对焊缝质量的影响规律,发现在优化工艺参数条件下,可以得到焊缝形貌平整,焊缝强度高于母材的优质焊缝。结果表明,对接间隙是影响表面余高和塌陷的最重要工艺参量,随着对接间隙的增大,焊缝形貌下凹量增大,当对接间隙为0.15 mm时,焊缝出现塌陷。焊接速度对焊缝表面余高和塌陷影响较小,随着焊接速度的增加,焊缝形貌平整,未出现塌陷现象。填粉速度对抗拉强度的影响较大,随着填粉速度的增加,焊接件的组织大范围细化,抗拉强度增加。当填粉速度<8.27 g/min时,焊接接头断裂在焊缝位置;当填粉速度≥8.27 g/min时,焊接接头断裂在母材,此时焊接接头强度高于母材。该研究成果丰富了激光焊接基础理论,为车用B340LA高强钢激光焊接提供技术支撑。

摘要：多槽凹小圆弧成形砂轮难以高精度、高效率修整的问题严重限制了其在精密磨削的应用.本文阐述了成形电极电火花修整凹小圆弧成形砂轮的原理,通过单因素试验研究设计出最佳加工参数组合,利用高精度车刀装置修整了紫铜电极车成砂轮对应的V形槽轮廓形状后进行逐级减能的电火花修整多槽凹小圆弧成形砂轮研究,完成了2 500#粒度和1 000#粒度成形金刚石砂轮修整验证,并磨削了石墨片试件进行检测.试验结果表明该方法在较高效率下控制了砂轮表面质量与轮廓精度,具有一定指导作用.

摘要：激光增材制造(laser additive manufacturing,LAM)技术极适合复杂整体构件的近净成形和高附值损伤件的快速修复.然而,激光增材制造熔池内部复杂的动态凝固过程显著影响成形件的终态组织,进而制约其服役性能.本文针对激光直接能量沉积(direct energy deposition by laser,DED-L)Inconel 718过程,构建宏观传热传质与多相场耦合的多尺度数学模型,解决了熔池宏-微观温度场的直接耦合,并基于MPI并行程序设计实现了熔池二维的全域定量模拟,研究了凝固过程中的晶粒演变过程.结果表明,模拟的熔池尺寸、凝固界面与实验结果吻合较好.熔池凝固界面形态和晶体择优取向是影响晶粒演变的重要因素.在熔池横截面上,凝固过程主要受温度梯度方向的驱使,取向与温度梯度方向夹角越小的晶粒占优生长.在纵截面上,晶粒的生长表现出弯曲生长以及"上三角"的晶粒特征,温度梯度方向的渐变导致了晶粒弯曲,相邻晶粒的竞争行为决定了晶粒形貌.本文阐明了金属激光增材制造晶粒演变的机理,有助于厘清增材制造热物理、化学、冶金过程,为凝固组织的预测和调控提供理论指导.此外,该多尺度数学模型也适用于其他金属材料的激光增材制造过程.

摘要：为了研究金属激光直接沉积工艺过程中工艺参量对工艺能效的影响,采用自主研发的HCX60五轴激光复合制造机床开展工艺能效田口试验,并对其结果进行了信噪比分析、极差分析以及方差分析,得到激光功率、送粉量、扫描速率、提升量以及搭接率对工艺能效的影响主次关系,提出了工艺因素优化组合。结果表明,送粉量对工艺能效的影响最为显著,最佳参量组合为激光功率P=500W,送粉量f=28g/min,扫描速率v=600mm/min,提升量h=0.6mm和搭接率λ=30%。这为研究增材制造工艺参量对工艺能效的作用及影响规律提供了理论借鉴和实验基础。

摘要：近年来,由于越来越多的工业含油污水产生和频繁泄油事故的发生,因此开发用于油水分离新技术十分重要。传统的油水分离材料由于存在制备工艺复杂,商业可用性低以及无法适应恶劣环境,大多数方案都无法进行大规模生产,且无法对重密度和轻密度油同时生效。受到鱼鳞的启发,制备了一种具不对称浸润特性的金属网格。通过用飞秒激光处理不锈钢网的一面,并在另一面上喷涂打印机粉末,使得网格的两面对水和油表现出不同的亲疏性。激光处理的表面超亲水并且水下疏油,此侧对水的接触角降为接近0°,对油的接触角增加至131°;而喷涂粉末的表面亲油并且疏水,此侧水的接触角增加至138°,而油的接触角将为0°。因此当油水混合物接触到金属网格某一面时,表现出亲性的液体就会在重力作用下透过网格,而表现出疏性的一面则会被阻隔,从而实现了油水的分离效果,且该网格对重油和轻油的分离均有效果,二者的分离效率均超过95%。

摘要：激光焊接变厚截面板是实现汽车轻量化的有效举措,但在激光焊接过程中,因工艺不稳定易导致焊缝熔透状态不一致,工件焊接质量较差。由于激光功率易于控制且对熔深影响显著,因此从变厚截面板激光焊接过程中的功率控制需求入手,设计了功率控制软硬件系统,完成了功率控制平台的搭建;采用卷积神经网络对同轴图像采集系统获取的小孔穿透孔图像进行分类,依据穿透孔面积分为未熔透、适度熔透和过熔透,采用PID控制系统根据分类结果编码实时改变焊接功率以获得适度熔透状态;通过采用变截面板进行激光焊接功率自适应调控试验,获得了背部余高均匀的焊缝,验证了自适应功率监测和控制算法的有效性。