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oe1(光电查) - 科学论文

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出版时间
  • 2020
  • 2019
  • 2018
  • 2017
研究主题
  • 激光焊接
  • 增材制造
  • 选择性激光熔化
  • 激光-电弧复合焊接
  • 钢/铝接头
  • 马氏体
  • 显微硬度分布
  • 韧性
  • 激光-感应复合熔覆（LIHC）
  • 全尺寸钢轨
应用领域
  • 机械工程
  • 材料科学与工程
  • 机械电子工程
  • 复合材料与工程
  • 增材制造工程
  • 生物材料
机构单位
  • Huazhong University of Science and Technology
  • The University of Manchester
  • Beijing University of Technology
  • Harbin Institute of Technology
  • Delft University of Technology
  • University West
  • Nanjing University of Aeronautics and Astronautics (NUAA)
  • South China University of Technology
  • Pusan National University
  • China Railway Wuhan Group Co., Ltd.
17 条数据
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  • 采用并排配置的双光束激光焊接异种钢/铝接头

    摘要： 采用双光束同轴并行配置的激光焊接技术，对厚度为1.5毫米的异种钢/铝搭接接头进行了焊接。研究重点考察了双光束功率比(Rs)和双光束间距(d1)等关键工艺参数对钢/铝接头特性（包括焊缝形貌、界面微观组织、抗拉强度及断裂行为）的影响。结果表明：同轴并行的双光束激光焊接能获得无焊接缺陷的优质钢/铝搭接接头。Rs与d1工艺参数对焊缝外观、铝合金侧熔深(P2)及焊接缺陷具有显著影响。P2深度变化及铝/焊缝界面的位置差异，会导致金属间化合物(IMC)层在形貌与厚度上呈现非均匀微观结构。电子背散射衍射(EBSD)相图分析显示，铝/焊缝界面形成的IMC层包含针状θ-Fe4Al13相和致密板条状η-Fe2Al5相，并在钢/铝接头焊缝晶界处检测到极细小的θ-Fe4Al13与η-Fe2Al5相。最终发现P2与钢/铝接头抗拉强度存在匹配关系，当Rs=1.50时采用同轴并行双光束焊接获得的接头抗拉强度达到最大值109.2 N/mm。根据P2差异会出现两种断裂路径模式，其中具有最佳P2值的钢/铝接头展现出较高的抗断裂性能。

    关键词： 双光束激光焊接、抗拉强度、并排配置、EBSD相图、钢/铝接头

    更新于2025-11-28 14:24:20

  • 厚钢板/铝对接接头的混合激光-金属惰性气体深熔焊接

    摘要： 钢/铝异种金属连接在工业应用中日益重要，尤其在减重方面具有显著优势。然而，即使薄板钢/铝直接焊接也极具挑战性。本研究采用聚焦于钢侧的小孔模式混合激光-金属惰性气体（MIG）焊接工艺，实现了6mm厚钢/铝对接接头的焊接。系统研究了激光偏移量对焊缝成形、界面组织结构及钢/铝接头极限抗拉强度（UTS）的影响。 通过该混合激光-MIG小孔焊接工艺获得了优质的钢/铝对接接头。当激光偏移量从0.6mm增至0.8mm时，由于热输入降低，焊缝呈现更平滑的优良形貌。钢/铝接头厚度方向的位置对铝/焊缝界面金属间化合物（IMC）层的形貌与厚度具有重要影响：上下部位的IMC层呈厚且不规则形态，中部则相对薄而均匀。特定焊接条件下，钢/铝接头下部的铝/焊缝界面从熔焊模式转变为钎焊模式，形成岛状结构，其IMC层由Fe2Al5层和针状Fe4Al13相组成。 当激光偏移量为0.6mm时获得最大UTS值87.0MPa。虽然断裂发生在显示脆性特征的IMC层，但断裂形貌与位置呈现混合破坏特征，对IMC层裂纹扩展具有一定抵抗能力。

    关键词： 激光-金属惰性气体焊接，极限抗拉强度，小孔焊接，金属间化合物，钢/铝接头

    更新于2025-11-28 14:24:20

  • 全尺寸钢轨上激光熔覆与激光-感应复合熔覆涂层微观结构及力学性能的比较

    摘要： 随着高速重载列车的快速发展，钢轨表面损伤问题日益严重，如何高效提升钢轨表面强度并延长其使用寿命变得至关重要。激光熔覆（LC）技术因热影响区（HAZ）小、稀释率低，成为钢轨表面硬化与修复的新兴手段。但传统LC工艺应用于全尺寸钢轨存在两大障碍：一是如何防止涂层在快速加热冷却循环中开裂；二是如何消除HAZ中的马氏体组织——该组织因高硬度低断裂韧性可能威胁铁路运输安全，几乎被全球铁路标准明令禁止。本文创新性提出激光-感应复合熔覆（LIHC）技术在钢轨全尺寸表面制备镍基涂层，系统研究了LC、感应预热辅助LIHC（预-LIHC）及感应后热辅助LIHC（后-LIHC）三种工艺下涂层与HAZ的开裂行为、显微组织及力学性能。结果表明：仅后-LIHC工艺能有效抑制HAZ区裂纹与马氏体转变，形成晶块更细小、层间距更低的珠光体组织，从而避免HAZ显微组织与力学性能的突变，显著提升钢轨硬度、强度及韧性。后-LIHC技术展现出全尺寸钢轨表面硬化与修复的应用潜力。

    关键词： 马氏体、显微硬度分布、韧性、激光-感应复合熔覆（LIHC）、全尺寸钢轨、强度

    更新于2025-11-28 14:24:20

  • 自生激光键孔焊接异种铝/钢对接接头的微观组织与力学性能

    摘要： 采用光纤激光自熔深熔焊工艺成功实现了6.0毫米厚铝/钢异种金属对接接头。研究了不同焊接速度和激光束偏移量条件下获得的铝/钢对接接头的截面形貌、界面微观组织、硬度及拉伸性能。通过扫描电子显微镜（SEM）结合能谱分析（EDS）和电子背散射衍射（EBSD）技术，分析了界面处金属间化合物（IMC）层的相形态与厚度。结果表明：焊接速度和激光束偏移量对焊缝成形、IMC层形貌与厚度以及铝/钢对接接头的抗拉强度具有显著影响。EBSD相图分析证实界面IMC层由Fe2Al5相和Fe4Al13相构成。当激光束偏移量从0.3毫米增至0.7毫米时，界面处Fe4Al13相数量及Fe2Al5层厚度均明显减小。拉伸过程中，结合强度最弱的Fe2Al5层成为界面最脆区域，但发生在该层的晶间断裂使铝/钢对接接头仍保持较高抗拉强度。

    关键词： 激光钥匙孔焊接、金属间化合物层、铝/钢接头、拉伸性能、电子背散射衍射相图

    更新于2025-09-23 15:21:21

  • 激光辅助聚合物-金属混合结构连接中的模糊决策

    摘要： 开发了一种模糊决策方法来优化聚合物-金属混合结构的激光辅助连接工艺。采用基于实验设计的系统化方法识别并解释各工艺参数（即激光能量和激光功率）对响应变量（即最高工作温度和剪切强度）的影响。随后构建了模糊-遗传算法组合模型，以寻找能满足最佳加工性能要求（包括适宜的工作温度范围和最高剪切强度）的最佳输入参数组合。遗传算法的应用涉及最优名义回归模型的选择及模糊数的优化，从而在最小不确定度水平下整合了大部分实验数据。实验结果表明：采用150W激光功率和2kJ激光能量时，该连接工艺成功实现了混合结构随时间推移的充分粘接，剪切强度达到近29MPa。此外，模糊工艺图谱能筛选出在最低不确定度水平下实现预期工艺输出的参数组合，同时提供模型的不确定度量值。结果显示：2250J的低激光能量与120-140W的激光功率组合，在工作温度（343-520°C）、剪切强度（>26MPa）及不确定度水平（隶属度>0.9）方面提供了最优解决方案。

    关键词： 混合接头、决策制定、激光辅助连接、模糊逻辑

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 激光粉末床熔融增材制造过程及高能密度激光焊接中孔隙形成机制的直接观测

    摘要： 激光粉末床熔融（LPBF）是一种能够制造传统工艺无法实现的复杂几何形状部件的3D打印技术。然而，打印过程中形成的气孔会损害部件的力学性能，严重阻碍其广泛应用。本研究报道了LPBF过程中观察到的六种气孔形成机制。我们的结果再次证实了三种已知机制——匙孔诱导气孔、原料粉末导致的气孔以及激光熔化时因挥发性物质汽化或微小封闭气体膨胀沿熔合边界形成的气孔。同时发现三种新机制：(1) 表面波动捕获的气孔；(2) 浅凹坑区波动导致的气孔；(3) 裂纹引发的气孔。这些发现为LPBF过程中的气孔形成机制提供了直接证据和深入见解，可指导气孔消除/缓解方法的开发。由于本研究涉及的某些激光加工条件与高能密度激光焊接情况相似，该结果对激光焊接也具有参考价值。

    关键词： 孔隙形成、激光粉末床熔融、X射线成像、激光焊接、增材制造

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 通过光束振荡减轻激光-电弧复合Al-Si焊缝宏观偏析的途径

    摘要： 激光-电弧复合焊接（LAHW）中，由于电弧穿透能力较弱，宏观偏析现象较为严重。本研究提出了一种利用光束摆动提升溶质传输、减轻宏观偏析的简单有效方法。当摆动幅度A≥0.8 mm且频率f≥300 Hz时，整体焊缝截面的宏观偏析量较未摆动焊接降低了300%，纵截面偏析量降低了220%。宏观偏析的减少归因于高频摆动光束产生的搅拌及涡流抽吸效应，该效应改善了熔池的湍流流动和对流，使复合焊接合金元素均匀化。

    关键词： 溶质传输、元素分布、激光-电弧复合焊接、光束摆动、宏观偏析

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 热流体动力学在铝合金粉末送进式激光焊接中合金元素分布与焊缝气孔形成中的作用

    摘要： 本研究建立了一个包含粉末输送、激光加热及熔池动力学的模型，用于描述合金元素的混合过程，并揭示基于送粉的激光焊接中气泡动力学机制。模拟结果表明：在小孔未完全穿透时，反冲压力通过驱动小孔后部熔体流动发挥作用；而在完全穿透时则维持小孔稳定形态——这两种不同作用导致了熔体流动行为的差异。受熔体流动驱动，合金元素在未完全穿透工况下的传输路径可概括为浅层区、后部区、中心及底部区域，从而形成相对均匀的硅分布；但在完全穿透时，两个反向旋转的涡流会导致上部区域硅浓度升高。同时我们总结出气泡动力学的三个阶段：凸起形成、气泡生成、气泡被重新形成的小孔捕获/被固液界面捕获/或从自由表面逸出。这些现象表明，焊接接头加工质量与冶金质量的优劣源于复杂的熔体流动行为，该结论已通过系列实验得到验证。

    关键词： 热流体动力学、合金元素分布、熔体流动、基于粉末送进的激光焊接、焊缝气孔

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 钛基复合材料选择性激光熔化过程中热行为、流体动力学及表面形貌的介观尺度研究

    摘要： 基于随机堆积粉末床模型开发了介观尺度模拟方法，用于研究钛基复合材料选区激光熔化（SLM）过程中的热行为。系统考察了工艺参数对熔池内热行为、流体动力学及表面形貌演化的影响。结果表明：随着激光功率提升，工作温度、冷却速率和熔体存活时间显著提高；高激光功率条件下熔池尺寸增大，出现湍流流体运动，夹杂气体逸出效率提升且增强相颗粒在熔池内实现高效重排。优化工艺参数时，激光与粉末相互作用区域的温度峰值明显消失并形成3300K的最高温度，平台因热积累产生的平均工作温度高达1300K。模拟预测的熔池表面形貌随激光功率增加呈现连续孔隙→碎片状→典型规则液相前沿→湍流液相前沿及飞溅球化现象的演变规律。当激光功率200W、能量密度140J/m时，最大速度位于前后区域，熔体前进前沿的速度矢量指向熔池后部，表明辐照区熔体可实现高效补缩从而避免残余孔隙形成，最终获得液相前沿清晰、飞溅少且表面平整的良好效果。模拟表面形貌与实验测量结果一致。

    关键词： 表面形貌、热力学、介观模拟、选择性激光熔化、钛基复合材料

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 采用原位粉末混合激光粉末床熔融技术实现三维金属-玻璃功能梯度材料构件的增材制造

    摘要： 现有的商用粉末床熔融三维（3D）打印系统通常每个组件只能打印单一材料。本文采用自主研发的基于喷嘴的多材料选择性激光熔化（MMSLM）系统，制造了成分从铜合金渐变至钠钙玻璃的功能梯度材料（FGM）。研究设计了一套原位粉末混合系统，能按选定比例混合金属与玻璃粉末，并通过多喷嘴超声振动粉末供给系统输送混合粉末。截面分析显示，梯度结构中玻璃比例从金属基复合材料（MMC）经过渡相逐渐增至陶瓷基复合材料（CMC）。激光加工过程中，纯铜合金与MMC部分结合，纯玻璃相渗入CMC部分并锚定玻璃相——这成为FGM实现3D打印件中纯金属与纯玻璃结合的主要机制。通过对梯度材料样品的压痕、拉伸及剪切测试表明：FGM的力学性能从延展性（金属侧）向脆性（玻璃侧）渐变，其最薄弱部位出现在过渡相与CMC的界面（即延性与脆性相的交界处）。

    关键词： 铜-玻璃，粉末床熔融，水平梯度结构，多材料选择性激光熔化，功能梯度材料

    更新于2025-09-19 17:13:59