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水导激光加工CFRP质量和效率实验研究
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作者 张雨庭 乔红超 +2 位作者 王顺山 梁金盛 赵吉宾 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1201-1207,共7页
为实现碳纤维增强复合材料的高质高效切割,采用水导激光加工技术对CFRP进行微槽加工,通过正交实验法、单因素实验法研究了激光功率、扫描速度和扫描路径重叠率对热影响区宽度和材料去除率的影响规律,并以此为目标进行了优化。结果表明:... 为实现碳纤维增强复合材料的高质高效切割,采用水导激光加工技术对CFRP进行微槽加工,通过正交实验法、单因素实验法研究了激光功率、扫描速度和扫描路径重叠率对热影响区宽度和材料去除率的影响规律,并以此为目标进行了优化。结果表明:激光功率、扫描路径重叠率对热影响区宽度和材料去除率的影响显著;当激光功率35 W、扫描速度4 mm/s和扫描路径重叠率40%时,热影响区宽度为184.484μm,材料去除率为0.068 mm ^(3)/s,能获得较小的热影响区宽度和较高的加工效率。 展开更多
关键词 水导激光加工 碳纤维增强复合材料 正交实验 工艺优化
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水导激光加工对316L不锈钢微观形貌的影响规律 被引量:3
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作者 于永飞 乔红超 +3 位作者 曹治赫 赵吉宾 张旖诺 吴嘉俊 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2020年第11期31-37,共7页
水导激光加工是一项利用水光纤将激光引导到材料加工表面的新颖加工技术,具有几乎无微裂纹、热影响区小、无污染、重熔层少、加工精度高和光束平行等优点。为研究不同水导激光加工工艺参数对微观形貌的影响,探索水导激光与物质的相互作... 水导激光加工是一项利用水光纤将激光引导到材料加工表面的新颖加工技术,具有几乎无微裂纹、热影响区小、无污染、重熔层少、加工精度高和光束平行等优点。为研究不同水导激光加工工艺参数对微观形貌的影响,探索水导激光与物质的相互作用机理。本文采用自主研发的水导激光加工系统对316L不锈钢薄片试件进行切槽和打孔实验;使用Zeiss Vert.A1金相显微镜观察加工试件的二维形貌;使用Leica DVM6超景深显微镜和Bruke Contour EliteⅠ白光干涉仪观察试件的三维微观形貌。实验结果表明:无论是对试件进行切槽还是打孔实验,均会在加工区域产生一定宽度的沉积层,且沉积层的大小不随加工时间和加工次数变化,其宽度约为13.5μm;通过观察试件加工区域的二维形貌,发现打孔试件的dr和切槽试件的wl也不随加工试件和加工次数变化;通过观察切槽试件加工区域的三维形貌,其截面呈倒梯形。 展开更多
关键词 水导激光加工 316L不锈钢 切槽 打孔 微观形貌
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碳纤维增强复合材料水导激光加工实验研究 被引量:3
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作者 郑志龙 赵玉刚 +5 位作者 刘谦 王珂 周海安 宋壮 代迪 张夏骏雨 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期344-351,共8页
为了研究水导激光加工关键工艺参数对碳纤维增强复合材料(CFRP)沟槽截面形貌与热影响区的影响,利用水导激光加工设备设计单因素实验探究了激光功率、水射流压力、进给速度及激光重复频率四个关键工艺参数对沟槽截面形貌以及热影响区的... 为了研究水导激光加工关键工艺参数对碳纤维增强复合材料(CFRP)沟槽截面形貌与热影响区的影响,利用水导激光加工设备设计单因素实验探究了激光功率、水射流压力、进给速度及激光重复频率四个关键工艺参数对沟槽截面形貌以及热影响区的影响规律,分析了沟槽截面形貌和热影响区形成机理。实验结果表明:激光功率对沟槽烧蚀深度和热影响区的影响最大,水射流压力对沟槽烧蚀宽度的影响最大,进给速度和激光重复频率对沟槽烧蚀深度和宽度的影响不大,对热影响区有较大影响。此外,发现沟槽截面去除区呈V字形,热影响区呈锯齿形状。通过单因素方法分析得到了较好的沟槽截面形貌,其沟槽截面烧蚀深度为772.8μm,烧蚀宽度为897.7μm,铺设方向为90°的碳纤维层热影响区为326.5μm,铺设方向为0°的碳纤维层热影响区为102.4μm。 展开更多
关键词 碳纤维增强复合材料 水导激光加工 沟槽截面形貌 热影响区
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6061铝水导激光加工工艺参数优化研究 被引量:2
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作者 曹治赫 乔红超 赵吉宾 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期567-574,共8页
为研究水导激光加工关键工艺参数对6061铝切槽形状与组织性能的影响,利用自研的水导激光加工设备,对6061铝开展了包括激光功率、激光重复频率、进给速度及加工次数在内的多个关键工艺参数的多因素影响切槽实验。利用金相显微镜对加工沟... 为研究水导激光加工关键工艺参数对6061铝切槽形状与组织性能的影响,利用自研的水导激光加工设备,对6061铝开展了包括激光功率、激光重复频率、进给速度及加工次数在内的多个关键工艺参数的多因素影响切槽实验。利用金相显微镜对加工沟槽的深宽比、侧壁锥度及组织变化情况进行了测量与分析。实验结果表明:激光重复频率对沟槽宽度有较明显影响;较高的激光功率、较低的激光重复频率有利于形成侧壁垂直的沟槽;较高的激光功率、较低的激光重复频率、较低的进给速度以及多次加工有利于形成大深宽比的沟槽结构;所有的工艺参数下加工沟槽附近均未发现有热影响区等组织变化。根据上述实验结果提出了使用水导激光加工技术进行大深宽比、低热影响区结构加工的工艺参数优化方法。 展开更多
关键词 水导激光加工 大深径比结构 低热影响加工
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SiC材料的水导激光工艺参数影响规律研究
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作者 张青 乔红超 +3 位作者 王顺山 梁金盛 张雨庭 赵吉宾 《激光与红外》 北大核心 2025年第5期694-702,共9页
为探究水导激光技术在加工SiC材料孔与刻蚀过程中不同工艺参数对加工孔出入口质量与刻蚀深度的影响规律,设计了多组包括激光功率、扫描速度及加工次数在内的三个关键工艺参数,来进行水导激光加工SiC材料孔以及刻蚀研究,加工后试件通过... 为探究水导激光技术在加工SiC材料孔与刻蚀过程中不同工艺参数对加工孔出入口质量与刻蚀深度的影响规律,设计了多组包括激光功率、扫描速度及加工次数在内的三个关键工艺参数,来进行水导激光加工SiC材料孔以及刻蚀研究,加工后试件通过白光干涉仪进行形貌观测和数据测量,数据结果通过Origin数据处理软件进行分析。实验结果表明:在加工孔过程中,激光功率的增加有利于减少孔锥度、提升圆度,同时由于在高温情况下SiC材料导热性急速下降且熔点高,因而对孔直径影响较少。而扫描速度对加工后微孔的入口、出口直径变化不大,对出口圆度影响较大;在刻蚀过程中,随着激光功率增加、扫描速度减小、加工次数增多,材料的刻蚀深度显著增加。水导激光相比于传统激光,在加工SiC材料方面更具优势,可显著减少热损伤、重铸层等缺陷。本研究为水导激光技术加工SiC材料工艺参数方面提供参考。 展开更多
关键词 水导激光加工技术 SIC材料 加工孔工艺研究 刻蚀工艺研究
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水导激光烧蚀碳化硅仿真与实验研究 被引量:1
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作者 王宇迪 乔红超 +5 位作者 韩冰 张旖诺 梁金盛 王顺山 陈燕 赵吉宾 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第13期164-174,共11页
目的探究碳化硅水导激光加工烧蚀机理。方法采用实验与仿真相结合的方式对碳化硅烧蚀过程进行研究分析。结果水射流持续冷却作用极大地降低了碳化硅加工过程中的热累积效应,通过烧蚀阈值计算方法得到了多脉冲水导激光烧蚀碳化硅功率阈值... 目的探究碳化硅水导激光加工烧蚀机理。方法采用实验与仿真相结合的方式对碳化硅烧蚀过程进行研究分析。结果水射流持续冷却作用极大地降低了碳化硅加工过程中的热累积效应,通过烧蚀阈值计算方法得到了多脉冲水导激光烧蚀碳化硅功率阈值(约为0.1565 W),烧蚀阈值基本不随脉冲数的改变而发生波动。通过对碳化硅刻蚀形貌进行分析发现,烧蚀宽度随着脉冲数整体在3.1~4.1μm之间波动,基本不受脉冲数的影响,烧蚀深度随着脉冲数的增加而增大,但随着烧蚀深度的增加,水导激光烧蚀能力逐渐被削弱,适当增加激光功率可以抑制水导激光烧蚀能力减弱的趋势,通过较大的激光功率更易加工出深宽比较大的沟槽。确定了碳化硅烧蚀功率与烧蚀直径之间的等量关系,通过激光功率能够合理预测烧蚀宽度,经与实验结果进行对比发现较符合,这也间接说明脉冲数对于水导激光烧蚀直径不是主要影响因素。碳化硅水导激光刻蚀截面呈现倒梯形,由于水射流冲刷作用的存在,重凝物质无法富集在材料表面,使得SiC烧蚀表面与未烧蚀区域之间过渡较为平滑,沟槽侧壁带状条纹特征也证实了水射流冲刷作用的存在。结论水射流冷却及冲刷作用的存在,使得水导激光在加工硬脆性材料具有独特的优势,能够实现对硬脆性材料的无裂纹及无热影响区加工。 展开更多
关键词 水导激光加工 烧蚀机理 实验与仿真 烧蚀功率阈值 烧蚀形貌
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激光复合去除加工技术研究综述 被引量:5
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作者 丁烨 吴雪峰 +3 位作者 管延超 王水旺 陈明君 杨立军 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2022年第11期30-47,共18页
激光具有加工宏观至微观尺度简单或复杂形状零件的能力,几乎可用于所有的工程材料,但是激光加工工艺还有一些不足,如加工的热应力、加工毛刺与热损伤。其他的制造工艺如切削加工、电火花加工与电解加工等,加工难加工材料时存在加工效率... 激光具有加工宏观至微观尺度简单或复杂形状零件的能力,几乎可用于所有的工程材料,但是激光加工工艺还有一些不足,如加工的热应力、加工毛刺与热损伤。其他的制造工艺如切削加工、电火花加工与电解加工等,加工难加工材料时存在加工效率低、刀具磨损严重等缺点。研究人员一直在寻求解决上述问题的方法,复合加工就是一种解决策略。激光复合加工是在激光加工的基础上复合一种或几种加工工艺而形成的一种新工艺。或者在烧蚀去除材料的过程中通过复合能场提高去除率、改善表面完整性、降低热损伤等;或者激光作为辅助能场,帮助改善材料的可加工性能,从而提升表面质量、增加材料去除率、降低工具的磨损等。激光加热辅助切削、水导激光加工和激光复合探针纳制造是3种典型的激光复合去除加工工艺,从加工技术的原理、仿真与试验研究等方面进行了论述。提高的工艺效率、降低的加工成本与提升的加工零件质量证明了激光复合加工的巨大应用潜力。最后指出了3种激光复合加工工艺目前研究的不足与未来的发展方向。 展开更多
关键词 激光复合加工 加热辅助切削 水导激光加工 激光复合探针纳制造 激光复合加工仿真
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碳纤维增强复合材料水导激光切割试验研究 被引量:14
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作者 汪建新 吴耀文 +2 位作者 张广义 潮阳 张文武 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第13期1608-1616,共9页
采用正交试验方法对影响水导激光切割碳纤维增强复合材料(CFRP)的关键工艺参数进行了深入研究,得出了进给速度、水射流速度、脉冲频率和激光功率对切割CFRP的影响规律,并用直接对比法和极差分析法所得最优参数进行单次划槽切割对比。研... 采用正交试验方法对影响水导激光切割碳纤维增强复合材料(CFRP)的关键工艺参数进行了深入研究,得出了进给速度、水射流速度、脉冲频率和激光功率对切割CFRP的影响规律,并用直接对比法和极差分析法所得最优参数进行单次划槽切割对比。研究结果表明:在极差分析法所得最优参数下切割CFRP时,切缝深度增大3.2%、切缝宽度减小9.2%、切缝锥度减小11.8%、线粗糙度减小40.2%。通过与干式激光加工方法对比发现,水导激光加工技术在切割CFRP方面优势明显,由于水射流的冲刷和冷却作用,材料切割表面几乎无热影响区和纤维拔出。另外,采用正交试验所得最优工艺参数实现了4 mm厚度CFRP的无锥度切割。 展开更多
关键词 水导激光加工 碳纤维增强复合材料 正交试验 切割锥度
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基于机器学习的K424合金刻蚀深度预测 被引量:2
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作者 张青 乔红超 +1 位作者 王顺山 赵吉宾 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期701-709,共9页
为探究水导激光加工过程中不同工艺参数对K424高温合金刻蚀深度的作用,对K424高温合金进行了包括激光功率、进给速度及加工次数在内的三个关键工艺参数的影响刻蚀实验,实验结果表明:较大的功率、较小的进给速度和多次加工会产生更深的... 为探究水导激光加工过程中不同工艺参数对K424高温合金刻蚀深度的作用,对K424高温合金进行了包括激光功率、进给速度及加工次数在内的三个关键工艺参数的影响刻蚀实验,实验结果表明:较大的功率、较小的进给速度和多次加工会产生更深的刻蚀。此外采用XGBoost、RF、BPNN以及SVR四种模型建立了激光功率、进给速度和加工次数与加工深度之间的预测模型。在拟合效果上XGBoost与SVR模型表现优异,最大误差百分比均不到0.3%;在预测结果方面显示,XGBoost最大误差百分比6.698%,优于另三种模型。最后得出XGBoost模型在拟合和预测K424高温合金加工深度方面有更好的性能。与传统的干式激光加工相比,水导激光加工技术减少了材料热损伤,提高了加工质量。该研究为水导激光加工K424高温合金提供了参考。 展开更多
关键词 水导激光加工技术 K424高温合金 XGBoost 刻蚀深度预测
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