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中国激光 2018年第11期杂志 文档列表

中国激光杂志综述

13.5 nm放电Xe等离子体极紫外光源1-10

摘要：搭建了极紫外光源实验装置,获得了中心波长为13.5 nm的Xe等离子体极紫外的辐射光谱。测量了极紫外辐射的时间特性,用多次箍缩理论解释了光脉冲的多峰结构。获得了主脉冲电流幅值、Xe气流量、陶瓷管内径、等离子体长度、辅助气体等实验参数对极紫外辐射强度的影响规律。搭建了重复频率为1 kHz的13.5 nm极紫外光源样机,介绍了样机的电源系统、放电系统、去碎屑系统和光收集系统的基本情况,并给出了光源样机的调试结果。

中国激光杂志激光器件与激光物理

中红外室温大能量Fe^2＋∶ZnSe激光器11-16

摘要：理论分析了室温条件下掺铁硒化锌（Fe^2＋∶ZnSe）激光横向寄生振荡特性,结果显示通过减小抽运光斑尺寸可有效提升寄生振荡反转粒子数阈值,从而抑制Fe^2＋∶ZnSe激光横向寄生振荡。以非链式脉冲氟化氢（HF）激光器为抽运源,搭建了Fe^2＋∶ZnSe激光器实验装置,通过插入不同孔径的光阑,实验研究了不同抽运光斑尺寸下的Fe^2＋∶ZnSe激光输出特性。实验结果表明,对于端面尺寸为20 mm×20 mm的Fe^2＋∶ZnSe激光晶体,当抽运光斑尺寸≤9.2 mm时,横向寄生振荡现象可得到有效抑制,与理论分析结果相符。室温条件下,所获得的最高Fe^2＋∶ZnSe激光脉冲能量为136 mJ,斜效率为33.2%,相对于抽运激光能量的光-光转换效率为26.5%。

Yb∶YAG表层增益板条激光放大器的研究17-21

摘要：基于光纤与板条结合的主振荡功率放大器（MOPA）结构,以单模光纤激光器作为种子源,对Yb∶YAG表层增益板条进行功率放大。对单程及双程两种提取方式进行理论计算及实验研究,结果表明：在室温下,获得了1030 nm激光输出;当注入种子光功率为200 W,抽运光功率为11.2 kW时,单、双程放大输出功率分别为1.6 kW和2.6 kW,光-光转换效率分别为12.8%和21.4%;测得Yb∶YAG表层增益板条的透射波前畸变为1.3μm;Yb∶YAG表层增益板条具有作为高功率激光器增益介质的潜力。

燃烧驱动溴化氢化学激光器的数值模拟22-26

摘要：采用敏感性分析方法研究了溴化氢（HBr）化学激光器的反应机理,分析了主导反应和关键参数之间的关系。分析了温度、压力及关键中间物的敏感性系数,确定了温度对HBr不同振动态布居的有效性调控。利用计算流体力学（CFD）研究了HBr化学激光增益发生器,给出了流场内部的温度、浓度分布。结果表明：当HBr化学激光器的内部初始反应温度在500 K左右时,能获得高振动态的输出。

中国激光杂志激光制造

5083铝合金真空激光焊缝成形的影响因素27-35

摘要：采用正交试验法,在不同参数下对厚度为30 mm的5083铝合金厚板进行了激光焊接工艺试验研究。结果表明,激光功率、焊接速度及环境压力对焊缝成形、气孔率均有不同程度的影响,其中环境压力对气孔率、熔深和深宽比的影响最大。当环境压强降至5 kPa时,熔深达到了常压下的2倍,气孔率仅为0.057%。研究结果为铝合金激光焊缝成形和气孔率的控制提供了参考。

镍箔对DP980/A6061异种激光焊接接头组织性能的影响36-43

摘要：对DP980板和A6061板进行了激光搭接焊试验,对比分析了镍箔对焊接接头焊缝（WS）和熔合线（FL）的显微组织、显微硬度及拉剪性能的影响。结果表明,对于未添加镍箔样品,铝元素进入熔池内导致WS和FL处形成大量软质相δ铁素体和部分板条马氏体（LM）,钢/铝界面处析出脆性FeAl_2、FeAl_3金属间化合物,金属间化合物层的峰值厚度约为50μm,拉伸过程中焊接接头在界面处发生脆性断裂;对于添加镍箔样品,镍元素抑制了Fe-Al冶金反应的进行,促使δ铁素体向奥氏体转变,在室温下WS获得了全LM组织,WS硬度升高,界面处形成了Ni-Al金属间化合物,界面处的硬度和脆性Fe-Al金属间化合物层的厚度减小。镍箔使焊接接头的强度提高至61 MPa,是未添加镍箔样品的1.4倍。

层间停留时间对激光熔化沉积TC11钛合金组织与力学性能的影响44-51

摘要：采用激光熔化沉积技术成形了TC11钛合金,研究了层间停留时间对其组织及性能的影响。结果表明,沉积态试样的宏观组织随层间停留时间的增加由等轴晶向柱状晶转变;在不同层间停留时间下,沉积态试样的内部均为极细α＋β网篮组织,因此沉积态试样的力学性能呈高强低塑特征。随着层间停留时间的增加,沉积态试样的宏观层带现象更加明显,室温力学性能的各向异性显著增大,这是因为后续沉积层对已沉积层的表层重熔再沉积和热处理效应导致局部组织粗化、α相比例增加,进而引起沉积方向网篮组织的规律性不均匀。

热处理对激光立体成形DZ125高温合金组织的影响52-60

摘要：研究了热处理对激光立体成形DZ125高温合金凝固微观组织的影响。结果表明,随着固溶处理温度的升高,初生γ＇相的溶解增多,在1240℃固溶2 h后初生γ＇相全部固溶;Ni5Hf相和MC（1）碳化物在高温保温时发生固态相变,经1180℃/2 h/空冷（AC）热处理后Ni5Hf相全部分解,释放的Hf元素与基体固溶的C原子结合形成MC（2）碳化物,部分MC（1）碳化物在1000℃保温12 h后转变为M23C6或M6C型碳化物;完全固溶处理后在1100℃和870℃时效时,γ＇颗粒尺寸的变化规律及经验分布函数与Lifshitz-Slyozov-Wagner（LSW）理论预测的较为一致。拟合得到γ＇相的粗化激活能为231.43 kJ/mol,γ＇颗粒的粗化受Ti、Al原子在Ni中的扩散控制。

激光熔化沉积TC11钛合金的组织与力学性能61-68

摘要：再现大型结构件实际成形热过程,研究了激光熔化沉积TC11钛合金的组织特征与力学性能。结果表明,沉积态试样的粗大柱状晶内α＋β网篮组织比等轴晶内的更均匀、细小,等轴晶内分布有大片α集束区,晶界处产生了大量连续α相;由于后续沉积层对已沉积层的表层重熔及热处理效应,层间过渡区产生了明显的α相粗化,α相比例增加,因此沉积态试样的室温力学性能各向异性显著。经过950℃保温1 h和550℃保温2 h的双重退火后,退火态试样晶界处的连续α相几乎完全破碎,α＋β网篮组织分布更加均匀,室温力学性能各向异性完全消除,塑性大幅增强,综合力学性能基本与锻造态的一致。

超声检测激光沉积制造TA15合金弱小缺陷的增强69-76

摘要：提出了一种基于离散小波变换的算法,对超声检测激光沉积TA15合金图像中微小、低对比度的缺陷进行了增强。利用Penalized软阈值对缺陷的高频细节信息进行去噪,并通过Gamma变换提高缺陷低频信息的对比度。综合考虑信息熵和对比度,对多组样本进行了测试实验。研究结果表明,针对具有独特快速熔凝组织的激光沉积制件,所提算法比高斯滤波及模糊集增强理论具有更好的弱小缺陷增强能力。

6082铝合金激光填丝焊热影响区的软化现象77-82

摘要：采用激光填丝焊方法焊接了6082铝合金,研究了焊接速度对焊接接头热影响区软化的影响。结果表明,当温度为430～560℃时,接头热影响区会发生明显的β″强化相溶解,β″相的数量明显减少,接头的硬度和拉伸强度减小,发生了热影响区的深度软化效应,热影响区的软化区成为接头最薄弱的区域。当激光功率为4250 W,焊接速度为2.7 m·min^-1时,接头热影响区的局部深度软化现象得到有效抑制,其平均硬度值大于82 HV,抗拉强度增大至249 MPa,接头的拉伸断裂发生于焊缝。

热输入对激光焊中锰钢接头组织和力学性能的影响83-91

摘要：采用光纤激光器焊接了0.1C-5Mn钢,研究了不同热输入对接头的组织、硬度、拉伸和成形性能的影响。结果表明,不同热输入的接头焊缝区均为马氏体组织,热影响区由细小马氏体/贝氏体混合组织、奥氏体和铁素体组成;焊缝区的平均硬度均比母材的高。当热输入为100 J·mm~（-1）时,接头的亚临界热影响区有轻微软化趋势。不同热输入的接头拉伸试样均断裂于母材区,断口为韧性断裂,且接头抗拉强度均比母材的大;接头杯突裂纹在焊缝区启裂并垂直于焊缝向母材区扩展;平行于轧向焊接的拼焊板成形性能优于垂直于轧向的。

磁场辅助激光沉积复合涂层的微观组织与性能92-101

摘要：采用激光沉积技术,在304不锈钢表面制备了Fe106＋5%Ni/WC复合涂层,研究了不同磁场转速下涂层的宏观形貌、微观组织、显微硬度及摩擦磨损性能的变化。结果表明,当磁感应强度为70 mT,磁场转速为100～400 r·min^-1时,旋转磁场对沉积层表面粗糙度影响较小;当磁场转速继续增大时,沉积层表面粗糙度逐渐减小,熔宽逐渐增大,润湿角逐渐减小,表面质量明显提升。随着磁场转速的增大,沉积层的显微硬度逐渐增大。当磁场转速为600 r·min^-1时,沉积层的平均显微硬度达到825 HV,约为无磁场沉积层的1.178倍;同时,沉积层的磨损质量逐渐减小,最小磨损平均失重仅为2.2 mg,比无磁场沉积层的耐磨性提高了1.33倍。

钛/铝激光焊接的微观组织及力学性能102-110

摘要：采用3 kW光纤激光偏置铝侧焊接的方式,完成了TC4钛合金和6082铝合金的连接。测试了接头的宏微观组织及力学性能特征,通过有限元方法对接头的温度场分布及钛/铝结合界面的热循环曲线进行了模拟。研究结果表明,钛/铝激光偏置焊接可获得无裂纹、无气孔,具有良好拉伸强度的接头,钛试板在焊接过程中发生部分熔化,端面变得不平整。在凝固过程中,钛/铝结合界面会形成一个厚度较薄的钛/铝金属间化合物层,其主要相为TiAl3。拉伸试验表明,接头的最高抗拉强度为153 MPa,是铝基材强度的72.9%;接头的断裂模式为脆性解理断裂,断裂发生在金属间化合物层位置,引起断裂的脆性相为TiAl和TiAl3。

基于热导机制的光纤激光焦点高频旋转点焊工艺111-117

摘要：利用焦点高频旋转方法进行了光纤激光点焊工艺研究,并与传统激光点焊工艺进行了对比分析。结果表明,在热导焊接模式下,利用激光焦点高频重复扫描的熔池热积累效应,通过调节激光旋转工艺参数,可以有效调控焊点形貌。随着热量的不断累积,焊点形貌由双“V”形转变为“W”形,直至“U”形。与传统激光点焊工艺相比,焦点高频旋转点焊的焊点宽深比大,且基本无气孔缺陷。同时,该方法可以有效调控焊点显微组织及显微硬度。

激光选区熔化成形Ti-6Al-4V疲劳性能研究118-126

摘要：在对激光选区熔化成形Ti-6Al-4V试样静态力学性能测试和分析的基础上,研究激光选区熔化成形Ti-6Al-4V试样在循环载荷下,表面缺陷、内部缺陷和微观组织对疲劳性能的影响。采用刚度拟合疲劳周期方法,获取试样在疲劳周期各阶段的循环周次,发现在疲劳源形核阶段试样疲劳寿命产生差异。直接成形试样的表面黏粉现象严重,在表面形成多个疲劳源,导致疲劳寿命很低。抛光处理可以降低表面粗糙度,退火处理可以改善试样微观组织结构,提升试样疲劳性能,但是表面处理后,内部缺陷暴露在表面,不同类型和不同尺寸的缺陷形核疲劳源周期差异很大,导致疲劳性能呈现较大的离散性。

2060铝锂合金激光焊接等轴晶带及其形成机理127-131

摘要：基于航空航天领域减重的需求,铝锂合金激光焊接越来越受到国内学者的广泛关注。对2 mm厚2060-T8铝锂合金进行激光平板对接焊和焊缝微观组织形貌分析,并通过熔池流动机制解释铝锂合金熔焊焊缝边缘等轴细晶区（EQZ）的形成机理。分析认为,激光热作用及熔池对流的影响导致焊缝边缘不同区域异质形核质点的数量与分布有所不同,使上部EQZ宽度较窄,“腰部”EQZ宽度相对较大。此外,根据熔池流动机制,在焊缝边缘上部及“腰部”的部分形核质点会沿上熔合线切线方向被带入熔池,并在此基础上形核长大形成一条延伸至焊缝内部的等轴晶带。

中国激光杂志材料与薄膜

基于腔内倍频的457 nm激光器高反射腔镜的研制132-136

摘要：基于倍频反射膜的设计理论,结合膜系设计软件实现了多波段激光腔面高反射膜的设计。在制备过程中,基于最小二乘法原理建立了残余蒸镀量与膜层厚度之间的关系式,解决了膜厚控制误差累积导致薄膜光谱性能变差的问题。制备的薄膜在457 nm和914 nm波长处的反射率分别为99.9%和99.6%,在808,1064,1342 nm波长处的透射率分别为97.2%、96.8%和93.1%,满足457 nm激光器的使用要求。