最新刊期
      2025年第55卷第2期

        激光技术与应用创新

      • 激光增材制造铝合金微观结构及性能研究进展

        韩峰, 李春阳, 王彩妹, 黄继强, 张锐, 薛龙
        2025, 55(2): 1-17. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.02.01
        摘要：随着现代制造业对材料性能和生产效率的追求，激光增材制造技术因其独特的优势成为研究热点。由于铝合金性能优异，激光增材制造铝合金得到了广泛应用。系统阐明了激光增材制造铝合金的微观组织、耐腐蚀性能、力学性能以及缺陷分析和未来发展趋势。探讨了四种不同类型的激光增材制造铝合金的微观组织。研究表明，激光增材制造过程中的非平衡凝固和大温度梯度导致了与传统铸造工艺不同的微观结构。在耐腐蚀性能方面，激光增材制造铝合金表现出了较好的耐蚀性，这是由于激光增材制造铝合金微观结构的均匀性和晶粒细化而具有潜在的优势。在力学性能方面，激光增材制造铝合金因其细小的晶粒尺寸展现出优异的力学性能，并指出通过优化工艺参数可以进一步提高铝合金的性能。最后，指出激光增材制造铝合金在孔隙率和裂纹等缺陷控制方面仍面临挑战，并提出了未来的发展方向。  
        关键词：激光增材制造铝合金;微观组织;腐蚀;缺陷;力学性能   
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        更新时间：2025-03-03

      • 保护气氛对激光增材制造316L不锈钢组织和性能的影响

        顾玉芬, 陈计澎, 李广, 石玗
        2025, 55(2): 18-24. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.02.02
        摘要：研究不同保护气氛对增材制造不锈钢组织和力学性能的影响机制，为优化316L不锈钢的激光增材制造工艺提供理论依据。采用高速激光熔丝增材制造技术，分别在纯氩气和纯氮气保护气氛下制备316L不锈钢试样。通过扫描电子显微镜（SEM）、背散射衍射（EBSD）和X射线衍射（XRD）等手段对试样的微观组织进行表征，分析晶粒尺寸、晶粒取向及物相组成。利用拉伸试验机对试样进行力学性能测试，并断口形貌分析。研究结果表明，氩气和氮气保护气氛下，316L不锈钢的组织主要为奥氏体，少量铁素体分布在奥氏体晶界处。氮气保护气氛下的晶粒尺寸（平均59 μm）较氩气保护气氛下的晶粒尺寸（平均66 μm）更小，且氧化物夹杂颗粒的尺寸也有所减小。氮气作为强烈的奥氏体形成元素，促进了奥氏体的形核，起到了细化晶粒的作用。力学性能测试显示，氮气保护气氛下的试样抗拉强度（602.9 MPa）和屈服强度（220.5 MPa）均高于氩气保护气氛下的试样（分别为549.5 MPa和201.3 MPa），且断后延伸率也有所提高。断口分析表明，两种气氛下的断裂类型均为韧性断裂，氮气保护气氛下的氧化物夹杂尺寸更小，从而提高了激光熔丝增材制造316L不锈钢的强度和塑性。  
        关键词：激光增材制造;316L不锈钢;细化晶粒;保护气氛   
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        更新时间：2025-03-03

      • 基于灰基Taguchi的激光熔覆工艺参数优化及碳排放分析

        高森奥, 毛华恺, 王桐新, 刘念, 杨兵, 张国栋
        2025, 55(2): 25-38. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.02.03
        摘要：采用灰基Taguchi正交试验设计，研究了激光功率、扫描速度和送粉率对熔覆层显微硬度、稀释率和接触角的影响，利用灰色关联分析法对多响应工艺进行优化，并结合生命周期评估法对激光熔覆全过程的碳排放进行建模分析。结果表明，送粉率与显微硬度和稀释率呈先降后增的趋势，与接触角则先升后降；扫描速度与显微硬度呈先降后升的趋势，与稀释率成正相关，与接触角则先降后平；激光功率与显微硬度和稀释率呈先降后增的趋势，与接触角成负相关。验证试验结果与预测灰关联度相差仅2.68%，表明了灰色关联分析法在激光熔覆工艺参数优化中的有效性和准确性。对经灰色关联分析法优化的激光熔覆涂层进行加工碳排放分析，其单位碳排放量仅约0.13 kg。该方法可用于确定多响应激光熔覆涂层制备及其他工业激光熔覆应用的理想加工参数。  
        关键词：激光熔覆;强化涂层;多响应优化;灰基Taguchi分析;碳排放   
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        更新时间：2025-03-03

      • 激光功率对CMT电弧增材制造316L不锈钢组织与性能的影响

        陈大林, 宋学平, 赵青山, 高晓菲
        2025, 55(2): 39-45. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.02.04
        摘要：研究激光功率对CMT电弧增材制造316L不锈钢组织与性能的影响，可以为优化该技术制备316L不锈钢零件提供理论依据。采用316L不锈钢焊丝作为原材料，在不同激光功率下进行CMT电弧增材制造，制备单墙体试样。通过光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、维氏硬度计和拉伸试验机等设备，对试样的微观组织、相组成、硬度和拉伸性能进行分析。结果表明：316不锈钢单墙体微观组织主要由δ铁素体和γ奥氏体组成，中部区域微观组织为树枝晶；激光功率对316L不锈钢的组织和性能有显著影响，随着激光功率的增大，树枝晶间距增大，δ铁素体含量先增加后减少，抗拉强度先增大后减小，延伸率逐渐减小；当激光功率为400 W时，单墙体中δ铁素体的含量最高，由于δ铁素体具有阻碍晶界、提高强度的作用，其抗拉强度最大值达561.8 MPa，且能保持48.7%的塑性。同时，单墙体硬度值沿堆积方向呈先下降后稍微上升的趋势，当激光功率为400 W时，维氏硬度最大值达194.7 HV0.3。  
        关键词：激光功率;增材制造;316不锈钢;微观组织;力学性能   
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        更新时间：2025-03-03

      • 厚壁钛合金激光填丝焊研究现状及发展趋势

        董兵天, 安子良, 陈昊睿, 武鹏博, 罗玖田, 牛董山钰, 曹浩
        2025, 55(2): 46-57. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.02.05
        摘要：厚壁钛合金的需求随着深海装备趋向于大型化与轻量化日益增长，这促使了对钛合金结构优质高效焊接技术成为研究热点。本文对厚壁金属激光填丝焊接技术存在的问题进行归纳，包括侧壁未熔合、气孔和组织性能分布不均等缺陷，并总结了相应的解决方法，如优化焊接工艺参数、开发新型焊接材料和应用摆动激光技术等。研究发现，通过减小坡口角度、增大光斑直径和提升激光功率等方法可以有效抑制侧壁未熔合；通过调整焊接速度、激光功率和优化激光束摆动工艺等方法可以降低气孔率；通过焊后热处理或开发新型焊接材料等方法可以改善组织性能分布不均。未来研究应着重于开发新型焊接材料、优化摆动激光焊接工艺、揭示焊接接头组织性能分布规律和开发同步抑制焊接缺陷的手段，以进一步提高厚壁钛合金激光填丝焊接的质量和效率。  
        关键词：钛合金;激光填丝焊;焊接缺陷;研究现状;发展趋势   
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        更新时间：2025-03-03

      • 激光清洗高强焊丝表面的工艺参数优化研究

        王冰, 徐海军, 程战, 关常勇, 吴元科, 龙伟民, 钟素娟
        2025, 55(2): 58-69. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.02.06
        摘要：由于传统清洗技术处理高强度焊丝存在工作量大、污染严重等无法避免的问题，采用激光清洗技术对高强度焊丝表面进行清洁处理。研究了激光清洗次数、激光功率和扫描速度对清洗效果清洁率，表面粗糙度以及元素分布的影响。研究结果表明，当激光清洗次数N=6时，焊丝表面存在未清洗掉的锈蚀层；N=10时，锈蚀层基本清除干净，但热输入量过大，基材在激光作用下产生了氧化烧蚀，使得表面呈现浅褐色；N=8时，锈蚀层基本清除，且表面呈现亮白色金属光泽。表面粗糙度受到扫描速度和激光功率的影响，粗糙度的大小与激光功率成正比，与扫描速度成反比，当激光功率P=12 W时，扫描速度v=1 200 mm/s时，其粗糙度最小，Ra=2.07；当激光功率P=20 W，扫描速度v=800 mm/s时，其粗糙度最大，Ra=6.64。通过对比激光清洗前后氧元素的含量，可以得到当激光功率P=16 W，扫描速度v=1 200 mm/s，其氧含量最低为3.9 wt.%，相比于清洗前降低了84.08%。综合除锈率，粗糙度以及元素含量这三个指标，选取激光清洗次数N=8，激光功率P=16 W，扫描速度v=1 200 mm/s；作为最优工艺参数，在该工艺参数下，除锈率为95.8%；表面粗糙度Ra=2.52，氧元素含量3.9 wt.%。  
        关键词：激光清洗;焊丝;粗糙度;除锈率   
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        更新时间：2025-03-03
      • 康国荣, 石玗, 李春凯, 顾玉芬
        2025, 55(2): 70-76. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.02.07
        摘要：采用金相、XRD、SEM、EBSD等检测手段研究非连续纵向与连续横向两种扫描路径对热丝激光修复K4169镍基高温合金显微组织的影响。结果表明：（1）两种扫描路径下修复区显微组织都以柱状树枝晶和少量等轴晶为主，但非连续纵向扫描路径下修复区各位置晶体尺寸均较小；（2）相组成都是γ-Ni基体相且都析出了有害相Laves相，但非连续纵向扫描路径下析出的Laves相的尺寸小、含量少；（3）非连续纵向扫描路径下的二次枝晶间距、晶粒平均尺寸更小，但该扫描路径下修复区小角度晶界含量高，会造成材料的塑性和韧性较差。  
        关键词：扫描路径;晶粒尺寸;二次枝晶间距;晶界角度;Laves相   
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        更新时间：2025-03-03

      • TC4钛合金激光同轴送丝增材制造组织和性能研究

        符成学, 尹艳超, 雷小伟, 余巍, 崔永杰, 马照伟
        2025, 55(2): 77-84. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.02.08
        摘要：以⌀1.2 mm TC4钛合金焊丝为原材料，通过激光同轴送丝增材制造技术，结合蛇形正交路径，系统研究了增材试件在不同方向和高度下的力学性能、截面形貌、晶粒度和晶粒取向等之间的联系。研究结果表明，优化工艺参数下，试件表面成形良好（银白色、无飞溅），内部无气孔、裂纹等缺陷（满足NB/T 47014.2—2015 I级要求）。微观组织分析显示，增材试样底部因多次热循环形成细小网篮组织，中上部的双态组织和魏氏组织特征更为明显。晶粒取向差随高度增加而减小（底部X/Y向分别为45.9°/43.1°，顶部降至37.8°/35.9°）。力学性能测试表明，横向与纵向的抗拉强度（差异2.57%）、断后伸长率（差异4.44%）及冲击韧性（52.6 J和55.3 J）均满足CCS《材料焊接与规范2023》中对TC4板材的要求。此外，由于增材过程中热循环的影响，下层沉积组织晶粒尺寸较小，硬度较高。增材试件在横向和纵向的晶粒度、晶粒取向和组织形态相近，力学性能的各向异性较小。本研究为TC4钛合金激光同轴送丝增材制造技术的工程化应用提供了重要的实验依据。  
        关键词：TC4钛合金;激光增材制造;同轴送丝;组织和性能;蛇形正交路径   
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        更新时间：2025-03-03

      • 超高速激光熔覆耐腐蚀涂层研究进展

        王康龙, 常云峰, 刘晓芳, 张陕南, 付毅帅, 薛行雁
        2025, 55(2): 85-94. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.02.09
        摘要：超高速激光熔覆作为一种新型的表面涂层制备技术，与常规激光熔覆相比，具有熔覆效率高、涂层质量好、稀释率低、热输入小、粉末利用率高等优势，广泛应用于液压油缸、轧辊、曲轴等轴类零件表面功能涂层制备中。本文介绍了超高速激光熔覆技术的基本原理与特征、设备发展进展，重点综述了超高速激光熔覆功能涂层材料的研究现状，总结了超高速激光熔覆铁基、钴基、镍基、非晶、高熵和复合材料合金等合金涂层的研究及其应用现状，简述了超高速激光熔覆的技术应用，最后对超高速激光熔覆耐腐蚀涂层材料未来的发展前景进行展望，以期望对超高速激光熔覆耐腐蚀涂层材料提供借鉴和参考。  
        关键词：超高速激光熔覆;耐腐蚀性;涂层材料;绿色制造;数值模拟   
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        更新时间：2025-03-03

      • 铜/钛异种金属激光焊焊接工艺参数优化

        庞立辉, 刘飞, 高平, 陈诺
        2025, 55(2): 95-101. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.02.10
        摘要：使用激光焊的方法对厚度均为1 mm的TA15钛合金和T2铜进行了焊接，通过比较不同焊接参数下焊接接头的宏观形貌、显微形貌、力学性能等，在焊接速度为13 mm/s，焊接功率为600 W时得到了综合性能较好的焊接接头。选取具有典型形貌的显微组织形貌进行分析，结合EDS和XRD测试结果，对焊缝的相组成进行分析，得出焊缝主要由Cu2Ti+Cu4Ti共晶组织以及CuTi2化合物组成。当焊接速度过慢或过快时，铜/钛异种金属激光焊的焊缝中会出现裂纹、孔洞等焊接缺陷，这极大削弱了焊接接头的力学性能。对焊接接头的拉伸断口进行分析，表明拉伸断口为典型的脆性解理断裂。对焊接接头显微硬度的测试结果表明，焊缝主要由铜钛化合物组成，在铜侧热影响区内存在明显的接头软化现象。  
        关键词：TA15钛合金;T2铜;激光焊;Cu2Ti+Cu4Ti共晶组织   
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        更新时间：2025-03-03

      • 铁素体不锈钢激光填丝焊与MAG焊接头组织与性能研究

        房博, 许鸿吉, 王玮彤
        2025, 55(2): 102-107. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.02.11
        摘要：针对T4003铁素体不锈钢的焊接性问题，通过对比激光填丝焊与MAG焊的工艺特性，系统分析了两种焊接接头的显微组织演变及力学性能差异。采用对接工艺制备焊接试样，通过金相显微镜、维氏硬度仪、拉伸试验机及扫描电子显微镜（SEM）对接头的显微组织、硬度分布、拉伸性能及断口形貌进行表征。结果表明：激光填丝焊焊缝区显微组织为奥氏体与铁素体双相结构，平均硬度达338 HV，显著高于MAG焊（251 HV），其抗拉强度（548 MPa）较MAG焊接头（469 MPa）提升16.4%；MAG焊接头熔合线区域硬度最高（299 HV），热影响区硬度波动显著，且断后伸长率（12.0%）优于激光填丝焊（8.95%）。两种接头的断裂位置均位于热影响区，弯曲试验中均未开裂，表现出优异的抗弯性能。断口分析表明，两种焊接方法均呈现典型的微孔聚集型韧性断裂特征，但MAG焊韧窝尺寸更大，塑性变形能力更强。本研究为低镍铁素体不锈钢的焊接工艺选择提供了理论依据与数据支持。  
        关键词：铁素体不锈钢;激光填丝焊接;微观组织;力学性能   
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        更新时间：2025-03-03

        重点关注

      • 铜镍合金/Cr20Ni80镍铬合金冷压焊接头组织及性能研究

        宋红兵, 张万鹏, 祝少华, 谢航, 周超, 黄健康
        2025, 55(2): 108-115. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.02.12
        摘要：针对非常规石油井下大功率电加热系统核心组件电缆芯线的连接问题，采用冷压焊对铜镍合金/Cr20Ni80镍铬合金异种金属进行焊接，通过对冷压焊接头的力学性能、显微组织、熔合区界面元素扩散、物相进行了分析。结果表明，冷压焊可以实现异种金属的有效连接，拉伸试验表明接头抗拉强度约为570 MPa且断裂在铜镍合金母材侧说明冷压焊接头的抗拉强度大于铜镍合金母材的抗拉强度，弯曲试验表明冷压焊接头在弯曲载荷下承受的最大力为18.9 kN，并且弯曲点发生在铜镍合金母材侧说明接头抗弯强度大于铜镍合金母材的抗弯强度，同时通过EDS元素扫描和XRD物相分析证明了在焊缝接头处不存在元素扩散的现象发生。  
        关键词：冷压焊;异种金属;显微组织;力学性能   
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        更新时间：2025-03-03

      • 电弧增材制造残余应力与变形调控研究现状

        张睿泽, 俞楷, 曾才有, 王海波, 从保强
        2025, 55(2): 116-125. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.02.13
        摘要：电弧增材制造（WAAM）技术具有“材料-结构-功能”的特性，因而在航空航天等领域备受关注。然而，针对电弧增材制造构件的残余应力与变形的调控依然困难，是其发展的重要挑战。本文综述了WAAM构件变形与残余应力的形成机制，并从前处理调控、工艺过程中处理和后处理调控三个方面对电弧增材制造构件变形与残余应力的调控方法进行概括和总结。研究结果表明，通过优化路径规划、预热基板、控制预紧力、控制温度场、引入层间塑性变形、热处理和表面强化等方法，可以有效降低WAAM构件的残余应力，并提高其力学性能。本文还指出变形与残余应力仿真预测和实时测量技术是未来研究的重要方向，为WAAM技术的进一步发展提供新的思路。  
        关键词：电弧增材制造;变形;残余应力;形成机制;调控方法   
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        更新时间：2025-03-03
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