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增材制造TiAl合金的研究进展

金属学报 2024年第1期60卷 1-15页

作者：陈玉勇时国浩杜之明张宇常帅哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工业大学金属精密热加工国家级重点实验室哈尔滨150001

轻质耐热的TiAl合金是航空航天和民用工业等领域最具潜力的高温结构材料之一。然而,由于其低的延展性和断裂韧性,制造TiAl零部件具有挑战性。目前,增材制造工艺被认为是制造TiAl零件具有前途的技术之一。本文在介绍增材制造技术原理和... 详细信息

轻质耐热的TiAl合金是航空航天和民用工业等领域最具潜力的高温结构材料之一。然而,由于其低的延展性和断裂韧性,制造TiAl零部件具有挑战性。目前,增材制造工艺被认为是制造TiAl零件具有前途的技术之一。本文在介绍增材制造技术原理和特点的基础上,综述了激光金属沉积(LMD)、选区激光熔化(SLM)和电子束熔化(EBM)制备TiAl合金的工艺-组织-性能关系,并对该技术未来的发展趋势进行了展望。

关键词： TiAl合金激光金属沉积选区激光熔化电子束熔化

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超快微波光子学频率测量技术

激光与光电子学进展 2024年

作者：王赫楠陈亮齐永光巴德欣董永康哈尔滨工业大学郑州研究院哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室北京控制与电子技术研究所

微波光子学频率测量技术利用光学结构和技术产生、操纵、传输和测量高速微波射频信号，将光子学的高带宽、高复用、低损耗与微波技术的高精细、灵活性和易调控等优势相融合，能够大幅提升现有动态频谱监测系统的性能，在电磁空间安全防... 详细信息

微波光子学频率测量技术利用光学结构和技术产生、操纵、传输和测量高速微波射频信号，将光子学的高带宽、高复用、低损耗与微波技术的高精细、灵活性和易调控等优势相融合，能够大幅提升现有动态频谱监测系统的性能，在电磁空间安全防护、雷达、高速通信等领域具有显著的优势和应用前景。本文概述了微波光子学频率测量技术的研究进展，对比了包括频谱分析型、功率映射型和信道型三种微波光子学频率测量技术的测频速度、测频精度等关键指标，并论述了基于光学啁啾链瞬态受激布里渊散射效应的微波光子频率测量技术研究工作，为航空航天、雷达等应用场景提供全新高性能微波频率测量方案。

关键词：微波光子学超快微波频率测量频谱分析功率频率映射信道光学啁啾链

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半球谐振子关键性能及制造工艺研究新进展

机械工程学报 2024年第3期60卷 354-372页

作者：马传震刘赫男陈明君田金川周子涵孙建刚秦彪哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

半球谐振陀螺具有结构简单、精度高、可靠性高、工作寿命长等特性,在国防军事、通信卫星、载人航天、天文观测、海洋工程等领域具有重大应用场景。半球谐振子作为半球谐振陀螺仪的核心器件,其加工质量直接影响半球谐振子的频率裂解和品... 详细信息

半球谐振陀螺具有结构简单、精度高、可靠性高、工作寿命长等特性,在国防军事、通信卫星、载人航天、天文观测、海洋工程等领域具有重大应用场景。半球谐振子作为半球谐振陀螺仪的核心器件,其加工质量直接影响半球谐振子的频率裂解和品质因数,进而影响半球谐振陀螺仪的工作精度和使用寿命,因此非常有必要对半球谐振子的性能及制造工艺进行研究。主要从半球谐振陀螺仪工作原理和研究历程、半球谐振子的频率裂解和品质因数、半球谐振子的制造工艺三个方面进行综述,重点分析了半球谐振子的频率裂解与品质因数的研究方法和最新进展以及半球谐振子的超精密磨削工艺和抛光工艺,并探讨分析了其在发展过程中面临的挑战和仍需要解决的问题,希望为后续精确计算、测量半球谐振子的频率裂解和品质因数,改进半球谐振子的制造工艺,提高半球谐振陀螺仪的导航精度提供参考。

关键词：半球谐振子频率裂解品质因数制造工艺

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外加能场辅助搅拌摩擦焊研究现状

焊接学报 2024年第4期45卷 109-119,I0009,I0010页

作者：孙广达闫中宪周利高福洋吕逸帆哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工业大学(威海) 山东省特种焊接技术重点实验室威海264209 中国船舶重工集团公司第七二五研究所洛阳471000

搅拌摩擦焊作为先进固相连接技术,广泛应用于航空航天等领域,轻质高强材料及异种材料连接对常规搅拌摩擦焊的发展提出了新的挑战.近年来,外加能场辅助搅拌摩擦焊技术的兴起有效地解决了异种材料连接中塑化程度不匹配和界面金属间化合物... 详细信息

搅拌摩擦焊作为先进固相连接技术,广泛应用于航空航天等领域,轻质高强材料及异种材料连接对常规搅拌摩擦焊的发展提出了新的挑战.近年来,外加能场辅助搅拌摩擦焊技术的兴起有效地解决了异种材料连接中塑化程度不匹配和界面金属间化合物导致接头脆化的问题.同时,这一技术也为解决高熔点材料流变应力大、塑性变形能力差以及焊具磨损严重、焊接效率低等问题提供了新的思路.文中综述了外加能场辅助搅拌摩擦焊的研究现状,包括感应加热、激光加热、电流加热、电弧加热和超声辅助等,从过程产热、材料流动、组织性能调控和耦合作用机制等方面分析了热能和机械能对接头微观组织和性能的影响规律,同时对未来的研究方向进行展望.

关键词：高熔点材料异种材料能场辅助搅拌摩擦焊塑性材料流动

超燃冲压发动机羟基/煤油-PLIF同步测量研究

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推进技术 2024年第1期45卷 219-226页

作者：武国华于欣彭江波曹振高龙韩明宏袁勋刘文备亓金浩哈尔滨工业大学航天学院可调谐激光技术国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学光电子技术研究所黑龙江哈尔滨150001

应用一套500 Hz PLIF(Planar laser induced fluorescence)系统开展了煤油燃料超燃冲压发动机实验研究,实现了超燃冲压发动机燃烧室内火焰结构和煤油分布可视化测量。通过对OH-PLIF和煤油-PLIF同步测量方法分析,揭示了超燃冲压发动机煤... 详细信息

应用一套500 Hz PLIF(Planar laser induced fluorescence)系统开展了煤油燃料超燃冲压发动机实验研究,实现了超燃冲压发动机燃烧室内火焰结构和煤油分布可视化测量。通过对OH-PLIF和煤油-PLIF同步测量方法分析,揭示了超燃冲压发动机煤油掺混燃烧振荡特性规律。利用PLIF图像的几何特征、强度特征和动态模态分解,分析了煤油掺混过程对火焰传播及燃烧特性的影响。研究表明,在煤油单独燃烧阶段,煤油主要分布在燃烧室上游。OH基受燃料分布的影响,在燃烧室内重复性地聚集和扩散,呈现破裂带状。动态模态分解结果表明,煤油掺混过程对燃烧振荡存在影响。

关键词：超燃冲压发动机燃烧室平面激光诱导荧光动态模态分解可视化测量

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激光清洗技术研究进展及挑战(特邀)

中国激光 2024年第4期51卷 89-112页

作者：朱国栋张东赫李志超苏轩金阳徐杰单德彬郭斌哈尔滨工业大学微系统与微结构制造教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150080 哈尔滨工业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学(深圳)材料科学与工程学院广东深圳518055 哈尔滨工业大学激光制造研究中心河南郑州450046

开展激光高效清洗基础理论及装备的研究是对《中国制造2025》纲要的具体落实,符合我国可持续发展战略,有利于提高航空航天、轨道交通、海洋船舶等装备的自动化程度,对于我国产业结构的升级与优化具有重要意义。尽管国外发达国家在激光... 详细信息

开展激光高效清洗基础理论及装备的研究是对《中国制造2025》纲要的具体落实,符合我国可持续发展战略,有利于提高航空航天、轨道交通、海洋船舶等装备的自动化程度,对于我国产业结构的升级与优化具有重要意义。尽管国外发达国家在激光清洗的基础理论、工艺探索、工程应用方面开展了大量的工作,但仍普遍存在构件清洗效率低、耦合机制不清晰、评价标准和在线监测技术有待完善等问题。针对我国航天、高铁、海洋等领域对激光清洗的重大需求,以航天新一代固液冲压发动机的TA15钛合金进气道、高铁车体特征件和转向架零部件、海洋船舶制造中的舱口盖等大型复杂构件为研究对象,介绍了激光清洗机制及工艺、清洗过程中多元参数的在线监测、清洗智能装备技术等方面的研究进展,以期为我国未来智能激光制造的可持续发展提供一定参考。

关键词：激光技术激光清洗清洗机制智能选区工程应用

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表面张力对激光焊接熔池及匙孔的影响

焊接学报 2024年第3期45卷 7-14,I0003页

作者：彭进许红巧杨晓红王星星谢世华李俐群张定宇华北水利水电大学河南省高效特种绿色焊接国际联合实验室郑州450045 金华职业技术学院金华321017 浙江省农作物收获装备技术重点实验室金华321017 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001

基于FLUENT19.0软件,建立了激光焊接热-流耦合模型,对比分析了不同表面张力温度系数(为负值)对熔池流场的影响.结果表明,随着表面张力温度系数的减小,熔池后方顺时针漩涡的流动趋势逐渐减弱,甚至消失,而且焊接飞溅的数量增多.纵截面熔... 详细信息

基于FLUENT19.0软件,建立了激光焊接热-流耦合模型,对比分析了不同表面张力温度系数(为负值)对熔池流场的影响.结果表明,随着表面张力温度系数的减小,熔池后方顺时针漩涡的流动趋势逐渐减弱,甚至消失,而且焊接飞溅的数量增多.纵截面熔池长度逐渐增加,纵截面熔池流体最大流动速度逐渐增大,熔池横截面的面积逐渐减小.当表面张力温度系数为-2.5×10^(-4)N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.28 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为2.89 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.52 mm^(2);当表面张力温度系数为-3.5×10^(-4)N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.73 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为3.53 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.03 mm^(2);当表面张力温度系数为-4.9×10^(-4)N/(m·K)时,熔池长度平均值为4.14 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为4.09 m/s、熔池横截面面积的平均值为3.28 mm^(2).

关键词：激光焊接表面张力熔池匙孔

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压合衬套冷挤压强化的残余应力的数值模拟

材料导报 2024年第3期38卷 188-195页

作者：林忠亮白清顺唐伟吴保全刘烨欣兰洋哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001 天津市紧固连接技术企业重点实验室天津300300 航天精工股份有限公司天津300300

孔用衬套冷挤压强化的残余应力分布对实现优异的挤压效果起到重要的作用,而被挤压件材料和挤压量对挤压残余应力分布的影响显著。根据非线性接触摩擦理论,建立了基于压合衬套冷挤压强化的三维有限元模型,模拟获得了TB6钛合金、7050铝合... 详细信息

孔用衬套冷挤压强化的残余应力分布对实现优异的挤压效果起到重要的作用,而被挤压件材料和挤压量对挤压残余应力分布的影响显著。根据非线性接触摩擦理论,建立了基于压合衬套冷挤压强化的三维有限元模型,模拟获得了TB6钛合金、7050铝合金及TC4钛合金材料耳片孔强化的切向残余应力分布情况,并通过残余应力检测实验验证了有限元模拟的有效性;同时,研究了挤压量对耳片孔冷挤压强化残余应力状态的影响,揭示了切向残余应力沿着挤入面、中间面、挤出面以及衬套厚度方向的分布规律。研究结果表明:冷挤压孔强化后的残余应力在沿孔壁厚度方向上分布不均匀,切向残余压应力在中间面的分布区域最广;增大挤压量可以在一定程度上扩大压应力的分布范围,且能够提高区域压应力数值,但是也会引入部分拉应力,易产生褶皱现象;在相同的挤压条件下,TB6钛合金耳片冷挤压后所产生的切向残余压应力在应力数值和分布区域上都具有明显的优势。

关键词：压合衬套冷挤压孔强化残余应力挤压量

航天铝合金表面脉冲激光毛化工艺及其胶接性能

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中国表面工程 2024年

作者：李诚王星冯杰才杜长林徐聪聪姜梦章易镰田应仲哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室上海航天动力技术研究所上海大学机电工程与自动化学院

传统的铝合金表面处理技术存在污染环境、损伤铝合金基体和加工质量不一致等问题。激光束能量精确可控，可在保证满足工业生产要求的前提下减少对环境的污染，且易于实现自动化。航空发动机制造过程中需要采用金属-粘接剂-金属连接，为... 详细信息

传统的铝合金表面处理技术存在污染环境、损伤铝合金基体和加工质量不一致等问题。激光束能量精确可控，可在保证满足工业生产要求的前提下减少对环境的污染，且易于实现自动化。航空发动机制造过程中需要采用金属-粘接剂-金属连接，为提高其胶接强度需要对金属进行表面毛化处理。通过在LY12CZ铝合金表面进行纳秒激光毛化，探讨纳秒激光脉冲能量、脉冲频率、脉冲宽度等工艺参数对微孔直径、深度、分布形式等形貌的影响规律，并分析铝合金表面激光烧蚀微孔成形机理及其胶接性能的强化机制。研究表明，当脉冲能量增大时，微坑深度和孔径逐渐增加。当脉冲宽度在20～120 ns时增大或脉冲频率在10～90k Hz时增大，会导致孔径和孔深增大。当脉冲宽度大于120ns时增大，孔深会减少，孔径会缓慢上升后缓慢减小。当脉冲频率大于70 kHz时增大，孔深和孔径会增大。熔融物在Marangoni对流作用下形成火山口状表面微结构。微孔直径较大、深度较深，微孔间距较密集且微孔外部形状呈现火山状的微结构利于胶接剂的渗入，形成“钉扎”作用，可提高铝合金胶接剪切强度至16.77 MPa，满足工业生产要求的10 MPa，推荐的工艺参数是激光脉冲能量为1.8 mJ、脉冲频率为70 kHz、脉宽为240 ns、烧蚀次数为5次、微孔间距为100μm。研究结果可为LY12CZ铝合金表面高质量的纳秒激光毛化提供参考。

关键词：激光材料加工铝合金工艺参数胶接形貌