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激光熔化沉积稀释率对重熔行为与致密度的影响

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材料导报 2023年第6期37卷 151-158页

作者：段成红池瀚林罗翔鹏宫鹏杰北京化工大学机电工程学院北京100029 北京化工大学化工设备设计研究所北京100029

由于激光熔化沉积(Laser melting deposition,LMD)制造的零件存在气孔、熔合不良、微裂纹、杂质等固有缺陷,其疲劳力学性能一般低于传统工艺制造的零件。为了减少LMD零件中的缺陷,研究激光熔化沉积过程中缺陷形成与控制机理是十分必要... 详细信息

由于激光熔化沉积(Laser melting deposition,LMD)制造的零件存在气孔、熔合不良、微裂纹、杂质等固有缺陷,其疲劳力学性能一般低于传统工艺制造的零件。为了减少LMD零件中的缺陷,研究激光熔化沉积过程中缺陷形成与控制机理是十分必要的。本研究利用三维有限元模拟结合显微观察法分析阐明了激光熔化沉积过程中单道稀释率对重熔行为与沉积零件致密度的影响。首先测量了不同工艺参数下LMD零件的致密度,建立了单道沉积面能量密度与零件致密度的拟合曲线;然后研究了工艺参数对单道沉积几何特征的影响规律,以及单道沉积稀释率对零件沉积过程中重熔行为的影响;最后建立了单道沉积稀释率与零件致密度的拟合曲线,并发现其拟合度更高。本研究对激光熔化沉积过程中零件致密度控制具有一定的指导意义。

关键词：致密度激光熔化沉积(LMD) 稀释率重熔行为

激光熔化沉积参数对316L单道几何特征的影响

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激光与红外 2022年第9期52卷 1314-1321页

作者：段成红池瀚林罗翔鹏宫鹏杰北京化工大学机电工程学院北京100029 化工设备设计研究所北京100029

激光熔化沉积(laser melting deposition, LMD)是一种先进的金属增材制造技术,具有成形速度快、无模具制造、多轴操作系统和多余粉末可有效回收等特点。但是沉积过程中会出现成形质量不良的现象,导致LMD零件致密度下降,疲劳性能降低。... 详细信息

激光熔化沉积(laser melting deposition, LMD)是一种先进的金属增材制造技术,具有成形速度快、无模具制造、多轴操作系统和多余粉末可有效回收等特点。但是沉积过程中会出现成形质量不良的现象,导致LMD零件致密度下降,疲劳性能降低。为了提高316L奥氏体不锈钢LMD零件的致密度与疲劳力学性能,针对LMD单道沉积工艺过程,开展实验研究分析不同工艺参数下对单道沉积几何特征的影响。本文使用316L奥氏体不锈钢粉末在激光熔化沉积设备上进行相应的工艺研究,探索了激光功率与扫描速度对单道沉积几何特征的影响。通过对工艺参数与各几何特征进行回归分析,建立了回归模型,并确立了工艺参数对几何特征的影响规律。该工作为后续316L激光熔化沉积零件疲劳实验试样的制备提供基础与参数指导。

关键词：激光熔化沉积(LMD) 能量密度单道沉积几何特征

残余应力对定向能量沉积不锈钢件疲劳裂纹扩展速率的影响机制研究

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中国激光 2023年第20期50卷 122-130页

作者：段成红尚大智罗翔鹏池瀚林曹先堃郝晓杰北京化工大学机电工程学院北京100029

为明晰残余应力对定向能量沉积(DED)成形316L奥氏体不锈钢疲劳裂纹扩展行为的影响机制,笔者通过与传统316L不锈钢热轧板材疲劳裂纹扩展速率的对比,研究了热处理工艺对DED 316L奥氏体不锈钢件疲劳裂纹扩展速率的影响,并采用有限元方法探... 详细信息

为明晰残余应力对定向能量沉积(DED)成形316L奥氏体不锈钢疲劳裂纹扩展行为的影响机制,笔者通过与传统316L不锈钢热轧板材疲劳裂纹扩展速率的对比,研究了热处理工艺对DED 316L奥氏体不锈钢件疲劳裂纹扩展速率的影响,并采用有限元方法探究了残余应力对应力强度因子和有效应力比的定量化影响规律。结果表明:有限元法得到的疲劳寿命与试验结果吻合得较好,疲劳寿命预测误差约为4.71%。基于Walker公式的残余应力强度因子Kres通过增加有效应力比影响DED不锈钢件的疲劳裂纹扩展速率。当循环载荷应力比为R=0.1时,DED不锈钢件的有效应力比Reff为0.122,而经去应力热处理的DED不锈钢件的有效应力比Reff降为0.117,从而降低了DED不锈钢件的疲劳裂纹扩展速率。

关键词：激光技术裂纹扩展速率残余应力应力强度因子定向能量沉积

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激光熔化沉积高合金钢疲劳裂纹扩展研究

激光技术 2021年第6期45卷 691-696页

作者：段成红翁志伟罗翔鹏池瀚林北京化工大学机电工程学院化工设备设计研究所北京100029

为了研究激光熔化沉积高性能合金钢构件的疲劳问题,采用扩展有限元法和直接循环分析相结合的方法,进行了典型件疲劳裂纹扩展路径的分析,并进行了剩余寿命的预测。通过中心裂纹拉伸(CCT)试样的疲劳试验获得了材料Paris公式中的参量,并将... 详细信息

为了研究激光熔化沉积高性能合金钢构件的疲劳问题,采用扩展有限元法和直接循环分析相结合的方法,进行了典型件疲劳裂纹扩展路径的分析,并进行了剩余寿命的预测。通过中心裂纹拉伸(CCT)试样的疲劳试验获得了材料Paris公式中的参量,并将其用于有限元模拟中。同时,分别运用有限元模拟方法和试验方法研究了CCT、紧凑拉伸-剪切试样的裂纹扩展过程。结果表明,有限元法得到的裂纹扩展路径和疲劳寿命与试验结果吻合良好,其中裂纹扩展路径偏转角的误差在16.54%以内,疲劳寿命的误差在2.72%以内。该方法可以较好地预测激光熔化沉积高合金钢构件的疲劳裂纹扩展路径和剩余疲劳寿命,具有一定的工程意义。

关键词：激光技术疲劳裂纹扩展扩展有限元高合金钢

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石化设备激光清洗应用研究

应用激光 2021年第4期41卷 826-832页

作者：段成红池瀚林陈晓奎罗翔鹏北京化工大学机电工程学院北京100029

针对石化设备激光清洗,首先通过搭建工艺平台,进行了不锈钢焊接件黑皮的激光清洗工艺研究,获得了最佳清洗效果及最高清洗效率的工艺参数,其次进行了未清洗、激光正常清洗及激光过度清洗后的不锈钢焊接件拉伸和弯曲试验,发现过度清洗试... 详细信息

针对石化设备激光清洗,首先通过搭建工艺平台,进行了不锈钢焊接件黑皮的激光清洗工艺研究,获得了最佳清洗效果及最高清洗效率的工艺参数,其次进行了未清洗、激光正常清洗及激光过度清洗后的不锈钢焊接件拉伸和弯曲试验,发现过度清洗试件的抗拉强度测试结果比标准中的值高17.3%,且弯曲试验中受拉面焊缝和热影响区域表面也均未产生裂纹,其符合NB/T 47016—2011《承压设备产品焊接试件的力学性能检验》标准的验收要求,证明了激光清洗对石化设备焊接区的静强度力学性能影响符合工程要求,是一种安全的清洗方法;最后通过石化设备现场激光清洗试验,根据清洗效果和清洗效率,结合激光选区清洗、损伤小和可达性好的优势,给出了石化设备各种场合中激光清洗的推荐程度,为激光清洗技术在石化领域的应用提供了参考。

关键词：激光清洗石化设备应用研究力学性能

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催化剂选区激光加热装置研发

应用激光 2021年第4期41卷 876-882页

作者：段成红王志高池瀚林罗翔鹏北京化工大学机电工程学院北京100029

催化剂在化工生产中对产品生产效率起着至关重要的作用。某些催化剂在生产制造过程中需要进行焙烧加热制得,传统加热方式一般采用电阻丝进行加热。但电阻丝加热不能在较短时间内达到所需温度,并且温度和加热区域较难精确控制。因此,提... 详细信息

催化剂在化工生产中对产品生产效率起着至关重要的作用。某些催化剂在生产制造过程中需要进行焙烧加热制得,传统加热方式一般采用电阻丝进行加热。但电阻丝加热不能在较短时间内达到所需温度,并且温度和加热区域较难精确控制。因此,提出一种新型的选区激光加热方式。首先利用Zemax软件模拟对激光进行了光束整形,以达到最终出光面积为200 mm2、区域内能量密度均匀(5 W/cm2)的实际催化剂加热要求;其次设计了一套承载装置,实现了激光器、透镜加持装置、试管夹持装置的模块化拆装,便于后续更换、维修;最后提出了一套温度检测控制方案,通过Ansys模拟高斯光源加热,发现热源功率与催化剂材料受热点的最高温度呈线性相关,而后据此利用Matlab中的Simulink模拟PID算法,获得了PID控制激光功率与温度的合适参数。

关键词：选区激光加热 Zemax 光束整形温度控制

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同轴送粉激光熔覆的粉末熔化过程建模与仿真

焊接学报 2024年第5期45卷 47-55,118页

作者：朱明严瀚林张宗智杨骞石玗樊丁兰州理工大学省共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050 兰州职业技术学院兰州730070

同轴送粉激光熔覆中,粉末与激光的交互作用会直接影响熔覆成形的精度与质量,红外摄像无法直接获得激光内粉末的熔化行为,因此通过分析粉末对热量的吸收情况,使用高速摄像系统采集粉末熔化的动态行为,并建立粉末熔化过程的动态解析模型,... 详细信息

同轴送粉激光熔覆中,粉末与激光的交互作用会直接影响熔覆成形的精度与质量,红外摄像无法直接获得激光内粉末的熔化行为,因此通过分析粉末对热量的吸收情况,使用高速摄像系统采集粉末熔化的动态行为,并建立粉末熔化过程的动态解析模型,通过仿真分析激光功率对不同熔化阶段的影响,及粉末进入熔池时的温度特征.结果表明,高速摄像系统采集粉末在激光中的动态熔化行为中存在“固态→固液两相态→液态”3个典型熔化特征阶段,粉末熔化动态行为可以使用数学解析模型解析,而不同阶段的热物理行为具有粉末与激光热交互作用的动态解析模型,分析了激光功率、离焦量、载粉气流量对粉末熔化行为的影响,同时通过仿真分析不同激光功率对各个特征阶段持续时间的影响,预测粉末颗粒到达基材的温度分布,发现激光功率从100 W增加至1 500 W时,粉末进入熔池的温度呈非线性变化,温度从750℃增加至3 250℃.

关键词：同轴送粉激光熔覆热交互行为建模

草状氧化铝微结构渐变折射率的计算及实验研究

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光子学报 2024年

作者：付秀华苏久麟潘永刚王奔林兆文张功孙文瀚长春理工大学光电工程学院长春理工大学中山研究院中山吉联光电科技有限公司

针对草状氧化铝的微纳结构对折射率的影响，采用台体计算法与柱体计算法计算氧化铝的体积，使用Clausius-Mossotti方程式与MATLAB软件拟合计算微纳结构的折射率变化，使用TFC软件进行拟合，最终计算出草状氧化铝的渐变折射率，研究其微... 详细信息

针对草状氧化铝的微纳结构对折射率的影响，采用台体计算法与柱体计算法计算氧化铝的体积，使用Clausius-Mossotti方程式与MATLAB软件拟合计算微纳结构的折射率变化，使用TFC软件进行拟合，最终计算出草状氧化铝的渐变折射率，研究其微结构的形貌特征及渐变折射率的分布，计算其可见光减反射性能。采用电子束沉积氧化铝薄膜，通过对沉积温度、水煮工艺等参数的优化，获得了不同结构的草状氧化铝纳米薄膜，制备了可见光波段420～680 nm的减反射薄膜。

关键词：草状氧化铝渐变折射率折射率计算减反射膜分层介质理论

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面向机载分布式光电的图像拼接算法

激光与红外 2024年第2期54卷 274-280页

作者：刘彤宋嘉乐张子林舒瀚达华北光电技术研究所北京100015

随着航空无人系统技术的迅猛发展,分布式机载图像拼接技术已成为备受瞩目的研究领域。本文针对分布式机载图像拼接中存在的视差大和空间几何变换关系复杂等问题,在APAP图像拼接算法基础上提出了一种改进算法。该算法采用变形处理、线性... 详细信息

随着航空无人系统技术的迅猛发展,分布式机载图像拼接技术已成为备受瞩目的研究领域。本文针对分布式机载图像拼接中存在的视差大和空间几何变换关系复杂等问题,在APAP图像拼接算法基础上提出了一种改进算法。该算法采用变形处理、线性化单应平滑外推至全局性变换以及网格划分法等方法,有效消除了模糊重影、减少边缘处投影失真,提高算法运行效率。在多个场景下的实验中,该算法表现出更小的对齐误差和更高的图像质量指标,包括均方根误差、峰值信噪比、结构相似度和图像熵等。在进行大规模图像拼接时,该改进算法能够实现154张图像的大规模拼接,得到10 k×10 k的高分辨率全景图像,拼接耗时为138 s。因此,该改进算法具有重要的实际应用价值,可用于分布式机载图像拼接的实际应用中。

关键词：分布式机载图像形变处理平滑外推网格划分