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镍基高温合金全激光增减材修复工艺研究与数值分析

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镍基高温合金全激光增减材修复工艺研究与数值分析

作者：徐子法宁波大学

学位级别：硕士

激光修复具有效率高、变形小、结合强度高、残余应力小等特点,与常规修复工艺相比优势明显,已成为再制造领域的研究热点。激光修复前需要对损伤部位进行抛光、清洗等前处理,修复后需要对修复区进行材料去除,以提高修复精度和表面光洁度... 详细信息

激光修复具有效率高、变形小、结合强度高、残余应力小等特点,与常规修复工艺相比优势明显,已成为再制造领域的研究热点。激光修复前需要对损伤部位进行抛光、清洗等前处理,修复后需要对修复区进行材料去除,以提高修复精度和表面光洁度。目前激光修复的前后处理一般都是采用机械刀具,面临着刀具磨损、狭小区域无法加工等问题,也会影响到工件修复质量。针对这一问题,本文提出全激光增减材复合修复方法,以Inconel718为试验材料,使用三类光纤激光器分别进行裂纹清洗、增材修复、精密减材和表面抛光,取得了较好效果。为了探索全激光增减材复合修复进行工艺,使用三种光纤激光器分四个工艺步骤进行试验:(1)使用脉冲光纤激光器清洗Inconel718表面微裂纹,得到无裂纹缺陷且表面氧化层较小的U型凹槽;(2)使用连续光纤激光器并采用预置铺粉的方式修复凹槽,得到连续均匀无缺陷的修复区,并且与基体形成良好的冶金结合;(3)使用脉冲光纤激光器去除多余修复材料,得到热影响区较小的表面且具有较高的去除效率;(4)使用光纤激光器抛光较粗糙表面,得到粗糙度为Ra 1.44μm的表面。基于全激光增减材修复工艺优化结果,分析了全激光修复件和基体的微观组织、物相、显微硬度、拉伸强度和摩擦磨损等力学性能。研究发现:修复区与基体形成良好的冶金结合,修复区微观组织均匀细密;综合力学性能可达到基体材料相同指标的85%以上,和传统修复方法相比有明显改善。为了分析激光修复机理,利用有限元法建立了激光修复的三维有限元模型,分析了激光修复的温度变化规律。通过使用ANSYS有限元软件对激光修复过程的温度场进行数值模拟,分析了激光功率和修复速度对激光修复温度场的影响规律,数值计算结果与试验测量结果的对比表明,该激光修复模型对性能的预测是可靠的。

关键词：激光修复 Inconel 718镍基合金修复机理力学性能有限元

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镍基高温合金激光修复工艺研究

材料导报 2019年第19期33卷 3196-3202页

作者：徐子法焦俊科张正杨亚鹏张文武宁波大学机械工程与力学学院宁波315211 中国科学院宁波材料技术与工程研究所宁波315201 中国机械工程学特种加工分会第11届委员会美国激光学会中国机械工程学会中科院青年创新促进会

为实现Inconel718高温合金裂纹全激光修复,本工作先采用短脉冲激光对裂纹进行清洗和刻蚀修形,再采用高功率连续激光进行修复。重点研究了激光功率、扫描速度和离焦量等参数对合金的修复形貌、修复区显微组织、物相组成和力学性能的影响... 详细信息

为实现Inconel718高温合金裂纹全激光修复,本工作先采用短脉冲激光对裂纹进行清洗和刻蚀修形,再采用高功率连续激光进行修复。重点研究了激光功率、扫描速度和离焦量等参数对合金的修复形貌、修复区显微组织、物相组成和力学性能的影响规律。结果表明:通过控制工艺参数(激光功率、扫描速度、离焦量)可以得到无缺陷的修复试样;Inconel718镍基高温合金粉末在高能激光束的作用下可以与Inconel718基体实现良好的冶金结合,且没有新的物相生成;修复区显微硬度为基体的87%~88%,抗拉强度约为基体的89%。

关键词：激光熔覆镍基高温合金缺陷控制显微组织

碳纤维增强热固性复合材料-钛合金激光连接接头性能分析

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航空学报 2022年第2期43卷 166-179页

作者：邹祺叶逸云焦俊科吴志生徐子法张文武太原科技大学材料科学与工程学院太原030024 中国科学院宁波材料技术与工程研究所宁波315201 扬州大学机械工程学院扬州225127 浙江省航空发动机极端制造技术研究重点实验室宁波315201

碳纤维增强热固性复合材料(CFRTS)和TC4钛合金具有较高的比强度和比刚性,轻量化效果十分明显,在航空航天、新能源汽车制造中应用广泛。为实现CFRTS与TC4钛合金的高强度连接,引入“激光清洗+树脂填充”的界面复合调控工艺。在CFRTS和TC4... 详细信息

碳纤维增强热固性复合材料(CFRTS)和TC4钛合金具有较高的比强度和比刚性,轻量化效果十分明显,在航空航天、新能源汽车制造中应用广泛。为实现CFRTS与TC4钛合金的高强度连接,引入“激光清洗+树脂填充”的界面复合调控工艺。在CFRTS和TC4钛合金激光焊接之前,首先,采用脉冲光纤激光器对CFRTS表面进行激光清洗处理,去除表层的环氧树脂,使CFRTS中的碳纤维裸露出来;其次,利用脉冲光纤激光器对钛合金表面进行微织构处理,提升焊接时熔融树脂与TC4钛合金的接触面积并形成“咬合”结构;最后,在清洗后的CFRTS和钛合金接触面之间添加合适厚度的聚酰胺(PA)树脂,进行激光辅助焊接。研究了激光清洗工艺对接头连接强度的影响,对比分析了不同激光清洗工艺参数下CFRTS的表面形貌、PA树脂填充情况、接头断口形貌,结果表明,激光清洗CFRTS可以显著增强CFRTS-TC4钛合金接头的强度,最大拉伸强度可达23.77 MPa。

关键词：激光清洗激光焊接碳纤维增强热固性复合材料-钛合金异质结构连接强度失效机制

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孙中山的“五权分立”思想及其借鉴价值

孙中山的“五权分立”思想及其借鉴价值

立足自考助学促进自学成才构建终身学习体系的实践探索研究报告(节选)

孙中山与二十一世纪中国——纪念中山先生奉安七十周年学术...

作者：徐子法民革浙江省委会孙中山研究会

＜正＞一、“五权分立”的提出孙中山先生毕生呕心沥血地探索、设计和追求的基本目标,是建立一个政治上高度民主、能确保人民当家作主的国家政权。1911年武昌起义胜利后,孙中山先生领导革命党人建立了中华民国,并于1912年元旦宣誓就任...

＜正＞一、“五权分立”的提出孙中山先生毕生呕心沥血地探索、设计和追求的基本目标,是建立一个政治上高度民主、能确保人民当家作主的国家政权。1911年武昌起义胜利后,孙中山先生领导革命党人建立了中华民国,并于1912年元旦宣誓就任临时大总统。虽然他在临时大总统任内仅短短三

关键词：

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立足自考助学促进自学成才构建终身学习体系的实践探索研究报告...

基于PSO-RBF的50mm厚Q235碳钢40kW激光坡口切割粗糙度预测方法

科学发展观与成人教育创新——2004年中国成人教育协会年会

作者：徐子法浙江勤业自考学院

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激光杂志 2024年

作者：李天豪成巍李峰西王文涛徐子法吕蕾齐鲁工业大学(山东省科学院)激光研究所济南森峰激光科技股份有限公司

本文提出一种基于粒子群优化径向基神经网络的高功率激光坡口切割粗糙度预测方法。采用40kW激光坡口切割系统进行50mm厚度Q235碳钢30°V型坡口切割试验；基于正交试验结果，通过径向基神经网络建立激光坡口切割工艺参数与坡口切面粗糙... 详细信息

本文提出一种基于粒子群优化径向基神经网络的高功率激光坡口切割粗糙度预测方法。采用40kW激光坡口切割系统进行50mm厚度Q235碳钢30°V型坡口切割试验；基于正交试验结果，通过径向基神经网络建立激光坡口切割工艺参数与坡口切面粗糙度间的回归预测模型；采用粒子群算法实现径向基神经网络隐含层函数中心位置、宽度以及隐含层与输出层之间权值的优化，将优化后的模型用于坡口切面粗糙度预测。实验结果表明：与多层前馈神经网络、标准径向基神经网络模型相比，该模型对坡口切面粗糙度的预测结果更准确，该预测模型的决定系数为0.9576，均方根误差为：0.0326，平均偏差误差为：0.0409。本研究可以得到精确度较高的坡口切割粗糙度预测模型，实现高功率激光坡口切割粗糙度有效预测。

关键词：高功率激光坡口切割正交试验径向基神经网络粒子群算法

碳纤维增强热塑性复合材料/铝合金激光搅拌焊接实验及仿真研究

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中国激光 2019年第7期46卷 101-109页

作者：贾少辉贾剑平焦俊科徐子法欧阳文泰张文武南昌大学机电工程学院江西南昌330031 中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江宁波315201

为降低碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)与铝合金进行激光焊接时,激光加热对铝合金造成的焊接缺陷,提升焊接接头的力学性能,将激光搅拌焊接方法引入到铝合金与CFRTP的焊接中。通过与传统的激光直线焊接方法进行对比后发现:在相同的激光... 详细信息

为降低碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)与铝合金进行激光焊接时,激光加热对铝合金造成的焊接缺陷,提升焊接接头的力学性能,将激光搅拌焊接方法引入到铝合金与CFRTP的焊接中。通过与传统的激光直线焊接方法进行对比后发现:在相同的激光功率和焊接速度下,激光搅拌焊接接头的连接强度为传统激光直线焊接的3.25倍;激光搅拌焊接还可以显著减少气孔缺陷,获得较好的焊缝形貌。为进一步研究CFRTP/铝合金激光搅拌焊接的机理,对CFRTP/铝合金激光搅拌焊接温度场进行仿真分析,结果表明:铝合金表面的温度场呈非等幅振荡形式变化,且出现了两个峰值,这是激光搅拌焊接能够降低焊接缺陷的主要原因之一。同时,对铝合金焊缝的熔深、熔宽进行计算,并与测量结果进行对比,仿真结果与实验结果的误差在9.87%以内。

关键词：激光技术激光搅拌焊接碳纤维增强热塑性复合材料 7075铝合金焊接缺陷连接强度

激光冲击强化5083铝合金力学性能的实验研究

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应用激光 2017年第6期37卷 819-824页

作者：宁成义张文武徐子法张正中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江宁波315201 中国科学技术大学纳米科学技术学院安徽合肥230026

实验分析了不同工艺参数的激光冲击处理对5083铝合金力学性能的影响,结果表明:与未处理试样相比(336.44 MPa,99HV),经过激光能量密度4.47 GW/cm2与5.62 GW/cm2冲击处理后,试样的抗拉强度分别提升至347.02 MPa与353.13 MPa,硬度分别提高... 详细信息

实验分析了不同工艺参数的激光冲击处理对5083铝合金力学性能的影响,结果表明:与未处理试样相比(336.44 MPa,99HV),经过激光能量密度4.47 GW/cm2与5.62 GW/cm2冲击处理后,试样的抗拉强度分别提升至347.02 MPa与353.13 MPa,硬度分别提高了17%与27%。同时,晶粒的尺寸与未处理试样相比明显变小,晶粒细化明显。综上所述:激光冲击强化产生的塑性变形引起的晶粒细化能有效提高材料的抗拉强度与表面硬度。

关键词：激光冲击强化 5083铝合金拉伸性能表面硬度晶粒细化

基于模糊增量式PID控制的激光定向能量沉积熔池温度监测与闭环控制

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中国表面工程 2024年

作者：苏立志杨建利卢通徐子法郭伟覃祥丽王文涛何建群马新强成巍齐鲁工业大学(山东省科学院)激光研究所淄博芯材集成电路有限责任公司北京航空航天大学机械工程及自动化学院

作为激光增材制造的技术之一，激光定向能量沉积利用送粉器将粉末送入由高能量激光束产生的熔池中，将材料逐层沉积在基板上，可以实现任意复杂形状的零件成形。沉积过程中熔池温度与成形质量有密切关联。因此需要对熔池温度进行实时检... 详细信息

作为激光增材制造的技术之一，激光定向能量沉积利用送粉器将粉末送入由高能量激光束产生的熔池中，将材料逐层沉积在基板上，可以实现任意复杂形状的零件成形。沉积过程中熔池温度与成形质量有密切关联。因此需要对熔池温度进行实时检测，为工艺参数的调整提供指导。沉积时熔池温度受零部件散热条件变化、设备波动等外部环境影响易发生波动变化，导致形成性能低、形貌差的沉积层，所以需要对熔池温度实时控制。针对激光定向能量沉积成形中熔池表面温度难以测量与控制的问题。搭建彩色电荷耦合设备相机（CCD）同轴测温系统与闭环控制系统，设计多组试验。研究送粉速率、扫描速度、激光功率对熔池温度的影响规律。发现激光功率变化对熔池温度的影响最显著。根据激光定向能量沉积过程的特点，提出一种基于模糊增量式比例-积分-微分（PID）的熔池温度控制算法，并基于Simulink建立仿真系统，为搭建熔池温度闭环控制提供理论支撑；基于MFC开发闭环控制系统软件，设计激光定向能量沉积试验，通过添加激光功率、送粉速率变化模拟实际生产可能出现的问题，分析闭环控制下熔池温度的变化，验证模糊增量式PID算法应对复杂多变的激光定向能量沉积过程的有效性。结果表明，模糊增量式PID算法相比于增量式PID算法具有更好的控制效果。模糊增量式PID算法通过模糊逻辑的引入，可以更好的处理非线性系统和不确定性，并在复杂环境下，控制系统的响应更为精确地减少了超调和稳态误差，为实际应用提供了新思路。

关键词：激光定向能量沉积模糊增量式PID 熔池温度闭环控制仿真模拟