激光等离子体冲击强化研究进展

本文综述了激光冲击强化技术的机理和模型,分析了激光冲击强化的技术特点和影响因素,论述了激光冲击强化在生产中的运用,并且探讨激光冲击强化与激光冲击成形、激光喷丸成形之间的区别,展望了激光冲击强化技术的应用前景。     

激光冲压钛板小曲率成形研究

用ABAQUS软件对激光冲压TA2板料成形进行了仿真,探讨了激光参数、板料性能、约束边界冲击路径等条件对板料小曲率成形的影响,获得了在激光连续冲击条件下,板料成形深度、成形轮廓与激光参数、约束边界条件和冲击路径之间的变化规律。利用激光冲击波技术对钛合金板料进行了成形实验,所采用的激光波长为1.054μm,脉宽约23ns,能量35J左右,有效光斑直径为8mm,脉冲的重复率为0.5Hz。实验结果表明,建立的模型和加载方式及所用算法是正确的。     

金属板料受控激光喷丸强化的残余应力场分析

在分析受控激光喷丸强化机理的基础上,通过激光喷丸强化力学效应的物理模型和残余应力的弹塑性模型,分析了激光喷丸强化诱导残余应力的特点,研究了残余应力大小和深度与激光喷丸工艺参数的关系。通过调整激光参数及工艺条件以控制残余应力场的分布,并根据残余应力场的分布判断激光喷丸强化效果,保证了受控激光喷丸强化后工件的疲劳寿命获得较大幅度的提高。     

激光加工技术在农用汽车中的应用

介绍了激光加工的原理及特点，分析了激光切割、激光焊接、激光表面淬火、激光熔覆、激光合金化、激光无模成形以及激光打标加工技术在农用汽车工业中的应用。     

节水产品的快速成形开发

随着我国节水灌溉事业的发展需求,开发适合于我国国情且具有自主知识产权的节水灌溉新产品迫在眉睫。快速成形技术在节水灌溉领域的应用,使得节水灌溉新产品的快速开发成为现实。介绍了激光快速成形技术原理,阐述了利用该技术进行喷微灌灌水器产品的开发制作过程及其特点,这些特点显示了利用激光快速成形技术进行节水产品开发的优越性。     

基于ABAQUS的金属板料激光冲击成形数值模拟

在激光冲击波加载转换模型的基础上,以有限元分析软件ABAQUS／CAE为平台,对圆形板料进行了直线形轨迹和圆形轨迹多点冲击成形的数值模拟,探索了冲击轨迹、应力分布和板料变形之间的相互关系。数值模拟分析表明,对圆形板料进行多点冲击成形时,选择圆形轨迹是最佳的。根据模拟结果对铝合金板料试样进行了无间隔冲击成形的实验,获得了和数值模拟相同的成形结果,模拟和实验结果一致性较好。     

激光热处理表面硬化技术在拖拉机汽车工业中的应用

对激光加工技术的特点、分类及应用行业进行了介绍。着重阐述了激光热处理工艺中,激光表面硬化技术的特点、分类、工艺适用范围及应用实例。最后就激光热处理在工业上的应用及发展模式发表了看法。     

激光喷丸强化IN718高温合金抗热腐蚀机理

为了研究激光喷丸对IN718高温合金抗热腐蚀性能的影响,首先对IN718高温合金进行高功率激光喷丸强化处理,随后将试样置于800 ℃环境中进行热腐蚀试验,分别对比了喷丸样和未喷丸样残余压应力、微观组织、热腐蚀动力学曲线、腐蚀层的表面形貌和截面形貌等热腐蚀特性,最后阐述了激光喷丸强化IN718高温合金抗热腐蚀的机理.结果表明,激光喷丸样表层产生残余压应力且晶粒细化,喷丸样热腐蚀速率明显低于未喷丸样,喷丸样的腐蚀裂纹和腐蚀坑洞减少.分析认为晶粒细化加快了试样表面保护性氧化膜形成速度,减小了氧化膜内热应力和生长应力,残余压应力提高表层氧化膜的黏附性.同时,晶粒细化以及高温下晶界δ相的析出阻碍了硫、氧等元素的侵入,减缓内硫化氧化速度,从而提高了IN718高温合金的抗热腐蚀性能.     

激光喷丸IN718镍基合金的高温晶粒演变规律及析出相分析

为了研究激光喷丸IN718镍基合金的高温晶粒演变规律及其高温析出相,开展了不同功率密度的激光喷丸强化试验,并对激光喷丸试样进行高温保持试验,对比分析了不同温度和激光功率密度作用下试样的显微硬度.此外,通过扫描电子显微镜(SEM)观测了试样的晶粒形貌,并采用能谱仪(EDS)对IN718合金的高温析出相进行分析.研究结果表明,高温保持冷却后试样的显微硬度值高于常温,且在700℃下激光喷丸试样表层显微硬度(HV)最高达到348;激光喷丸试样晶粒尺寸由原始的45μm减小到20～30μm,而在高温保持后晶粒尺寸增长到35μm左右;随着温度上升,IN718材料内部δ析出相逐渐增多,同时伴有TiN析出.最终,根据高温环境下晶粒演变规律和析出相分析,提出了激光喷丸IN718合金的高温强化机制.     

板料激光斜冲击下受力变形数学分析

金属板材的激光冲击成形通常采用激光束垂直作用于工件表面,产生垂直于表面的冲击波作用力使板料变形,但在曲面零件成形时很难满足法向垂直冲击,因此有必要对斜冲击下板料力学变形特性进行研究。本文研究了激光斜冲击受力变形模型,对板料深度方向(z轴)变形公式、板料短轴(y轴)在水平方向上变形公式进行了理论推导计算,通过把两变形合成,得到短轴(y轴)在空间内总变形公式,最后把实验测量结果与理论计算结果进行了比较,得出两者相符的结论。     

板料激光冲击变形的实验和有限元数值模拟

研究了激光能量和约束孔径等参数对 SU S30 4不锈钢板料变形的影响 ,并用 ANSYS/ L SDYNA软件进行了有限元模拟。结果表明 :随着激光能量的增加 ,板料的变形量增大 ;板料初始约束孔径越大 ,板料越容易变形 ;板料几何尺寸和厚度越大 ,板料越难变形。通过数值模拟的方法可优化激光冲击的相关参数 ,预测板料变形 ;通过改变激光参数和边界条件可获得所需的变形量。     

基于数字化技术的多点成形与逆向工程的集成

分析了多点成形技术和逆向工程集成时需要解决的关键技术，包括表面数字化、曲面重构和控制回弹量的方法。用自行研制的激光测量仪实现工件表面数字化，为实例样件的曲面重建和多点成形工件的成形误差检测提供数据源；用基于曲率抽样的拓扑矩形阵列进行NURBS曲面拟合并用多点成形方法成形工件；为了控制工件回弹，用两步配准方法计算成形误差并利用闭环成形修整曲面，最终实现在没有CAD模型而只有实物样件情况下的板类件快速精确成形。与此同时开发了实现相关功能的软件。     

激光冲击强化316不锈钢的滚动接触疲劳性能

对316不锈钢进行激光冲击处理,研究LSP后试样表面的力学性能,包括显微硬度、表面粗糙度和残余应力,同时进行滚动接触疲劳试验,比较了LSP前后试样接触疲劳的S-N曲线.结果表明:LSP能显著提高表面显微硬度,当激光单脉冲能量为6 J时,显微硬度增大20%;激光冲击影响层深度随着激光能量的增大而增大,激光能量为6 J时影响层深度约为0.9 mm;随着激光能量的增大,表面粗糙度呈上升趋势,从0.41μm增大到1.91μm; LSP在316不锈钢表面产生高达280 MPa的残余压应力幅值.滚动接触疲劳试验表明:LSP能有效改善316不锈钢的接触疲劳性能,未冲击的试样在接触应力为848 MPa和708 MPa时,疲劳寿命约为4.72×10⁴次和1.08×10⁵次,激光冲击后,在相同应力条件下试样的疲劳寿命分别提高了2.1%和15.0%.     

板材三维曲面的无模多点闭环成形技术

基于具有并行调形功能的多点快速曲面造型系统和自主开发的激光扫描测量机,提出了三维板类件多点闭环精确造型的概念,并应用PID控制算法进行了多点闭环成形实验,得到了符合设计要求的工件形状。讨论了三维板类件多点成形逆向工程的实现问题。     

激光冲击钛合金表面退火后的残余应力分布

选用钛合金Ti-6Al-4V进行激光冲击成形实验，发现其表面产生很大的残余拉应力和残余压应力。对不同后处理工艺条件下表面的残余应力进行了研究，结果发现：钛合金成形凹面具有良好的力学性能稳定性，其表面残余压应力不会随着退火温度的提高而降低；而其成形凸面的残余拉应力随着退火温度的提高逐渐消退，在371℃退火后，钛合金凸面上82．67％的残余拉应力消除，剩余残余拉应力仅为20．6MPa。经过高温退火后的钛合金具有良好的抗疲劳性能，可以满足飞机结构件的使用要求。     

基于水冷却的不锈钢板料激光热应力成形试验

通过改变激光束能量、光斑直径、扫描速度、扫描次数以及板材厚度对AISI304不锈钢板料进行弯曲试验,分析了在水冷却条件下各工艺参数对弯曲变形的影响,探讨了基于水冷却的板料热应力成形规律,并通过正交试验对相关工艺参数进行了优化。试验结果表明：0．6mm厚度的不锈钢板在线能量密度小于80J／mm时,工件不产生变形;在150～180J／mm范围内,热应力成形的效果最佳;扫描次数、光斑直径以及板材厚度对弯曲变形的影响较大。同时对水冷却条件下工件表面烧蚀及成形稳定性进行评估,提出了基于水冷却的板料激光热应力成形的新工艺,为精确控制板料激光热应力成形提供了试验基础。     

激光表面跨尺度织构化机械密封摩擦性能

采用声光调Q的半导体泵浦Nd：YAG激光器,利用＂单脉冲同点间隔多次＂激光加工工艺在碳化硅机械密封环端面进行跨尺度织构化处理,制备微凹坑织构和宏观上游泵送槽织构,用表面形貌三维测量仪测量激光加工后的试样.在机械密封计算机辅助试验台上,进行了激光表面跨尺度织构机械密封与无织构机械密封的摩擦性能对比试验,研究了跨尺度表面织构在不同的密封介质压力和转速等工况下对机械密封摩擦转矩的影响.结果表明：激光表面织构化技术能在密封环表面进行微凹坑型及微凹槽型织构的跨尺度加工.在试验的工况参数范围内,无论是在低压低速,还是在高压高速工况下,激光表面跨尺度织构均可以显著地改善机械密封的摩擦性能.与无织构机械密封相比,激光表面跨尺度织构机械密封的摩擦转矩最大可减小65%,并且运转相对较为稳定,受密封介质压力和转速的影响相对较小,这是由于所制备的跨尺度表面织构起到了改善密封端面间润滑状况的作用.