激光选区熔化CoCrFeMnNi高熵合金微观组织及力学性能研究

为了探究采用金属增材制造技术对高熵合金的制备，课题组采用激光选区熔化技术（SLM）成功制备冶金结合良好的CoCrFeMnNi试样，并对成形件的微观组织及力学性能进行分析。研究发现SLM成形的CoCrFeMnNi高熵合金相为单一面心立方相（FCC）FeNi，样品微观组织在不同成形方向上呈各向异性：沿水平方向，内部以胞状晶为主；沿成形方向，内部以柱状晶为主，组织为“鱼鳞”状形貌，单个柱状晶粒最长为70 μm，穿过多个成形层并显现外延生长特征。EDS结果表明SLM成形件的各元素分布平均，未呈现显著的成分偏析。拉伸测试结果显示SLM成形件屈服强度和抗拉强度为569 MPa和690 MPa，延伸率为16％，相较于铸态件分别提高了145％和24％，而塑性比铸态件降低了63％。SLM成形件拉伸断口形貌呈现以脆性断裂为主的混合断裂特征。     

铝合金激光增材制造技术研究现状与展望

激光增材制造技术在现代工业发展中发挥了重要作用,为实现高精度制造以及复杂大型制件的生产,铝合金激光增材制造成为当前的研究热点。针对目前铝合金激光增材制造技术在试验过程中出现的粉末流动性差和铝合金的氧化严重以及熔池冷却时温差梯度过大等问题,综合国内外研究现状指出采用基体预热方法可以有效降低熔池冷却过程中的温度梯度,多次重熔可以降低气孔和球化的产生,新型合金粉末Al Cu/Al Zn可以降低铝合金的氧化问题。针对研究中存在的问题,提出建立有效温度控制机制来减少气孔、脱落等现象和研发激光增材制造新型专用粉末将会成为以后研究的重点。     

基于MIG的电弧增材制造不同层间停留时间温度场仿真模拟

为了探究电弧增材制造过程温度场特征及层间停留时间对温度场的影响,课题组基于ABAQUS建立了三维瞬态的电弧增材制造仿真模型,进行了电弧增材制造过程温度场模拟;采用红外测温仪测得增材制造过程热循环曲线,将模拟结果与实测结果进行对比研究。结果表明：模拟结果和测试结果吻合良好,验证了模型的准确性;在电弧增材制造过程中随着熔覆层数的增加工件高温区域逐渐增大;保持其他参数不变增加层间停留时间可使高温区域减小;基于MIG的电弧增材制造层间可达到良好的冶金结合。     

具有复合周期磁场的电子回旋脉塞

本文从降低回旋脉塞中直流磁场的角度出发,利用线性伏拉索夫——麦克斯韦方程组,对通过静态复合周期磁场的弱相对论电子注与缓变圆波导中沿纵向作任意缓变的TE_(mn)模式之间的互作用机理,在理论上进行了详细的分析和讨论,导出了色散方程并作了数值计算。分析和计算表明,由于采用了静态复合周期磁场,其电子注与波互作用的不稳定性产生在电子回旋共振条件下,从而可以在不同的电子回旋空间谐波上工作而大大地降低直流磁场。     

机械振动对激光填丝焊接接头组织和疲劳性能影响

针对激光填丝焊接过程中存在气孔、飞溅、夹渣和疲劳性能差等缺点，课题组提出了基于机械振动技术的激光填丝焊接方法。课题组采用机械振动与激光填丝焊接相耦合的方法研究了机械振动对焊缝形貌、组织、力学性能和断裂机理的影响。结果表明：机械振动可以改善316不锈钢焊接接头，减少焊缝中的柱状晶，增加树枝晶和等轴晶，提高了焊缝硬度；3种振动频率下焊接接头的残余应力均较高，与振动频率0和524 Hz相比，1 055 Hz振动频率的焊缝残余应力更低；疲劳断口均呈解理断裂，但是与524 Hz振动频率相比，1 055 Hz振动频率具有更低的裂纹扩展率，更好的疲劳性能。     

摆动电弧窄间隙厚板焊接工艺与熔池演变数值研究

针对窄间隙摆动电弧焊接在不同工艺下熔池演变差异较大的问题，课题组以实际摆动电弧窄间隙焊接工艺为依据，综合考虑窄间隙焊缝的几何形貌对热源加载的影响，建立了70 mm厚板多层单道焊接数值模型；利用ABAQUS模拟了不同工艺条件下熔池的形成过程及熔池横断面熔合线走向规律。实验结果表明：电弧摆动频率为0.7 Hz时，使用17 V电压及180 A电流焊接，单层焊缝会出现重熔现象，电弧运动状态对熔池形态影响较大；使用30 V电压及340 A电流焊接，熔池形态变化较小，熔合线走向平缓，电弧运动状态对熔池形态影响较小。     

超薄镍基合金P MPAW焊缝成形特征及微观组织演变

为了获得成形良好的超薄镍基合金焊接接头及其细化的微观组织,课题组基于恒定的平均电流,设计不同脉冲电流参数,采用脉冲微束等离子弧焊（P MPAW）对100 μm厚的镍基高温合金板材进行焊接实验。然后借助超景深显微镜对焊缝的宏观形貌及微观组织进行观察,分析脉冲参数下焊缝成形特征,并采用直线截点法计算焊缝中心的平均晶粒尺寸。结果表明：不同脉冲参数匹配下形成5种焊缝形貌,随着基值电流和脉冲频率的增加,焊缝熔池趋于连续均匀变化趋势。当基值电流为0.8 A、占空比为30%以及脉冲频率为100 Hz时,焊缝中心的平均晶粒尺寸最小。因此,脉冲微束等离子弧焊下,较小的占空比和基值电流以及较大频率的脉冲参数匹配,可获得成形良好且晶粒细化的焊缝。     

B4Cp/6061Al复合材料的热变形组织演变研究

为探究B4CP/6061Al复合材料的热变形组织演变规律，进一步优化材料的性能，课题组采用控制变量法，利用热压缩试验分别探究了在不同热变形条件(变形温度、应变速率及应变量)下B4CP/6061Al复合材料的微观组织特征。结果表明：变形温度越高，6061铝基体内部原子的热激活能增大，动态再结晶的形核速度提升，晶粒尺寸也不断增大；随着应变速率增大，复合材料发生动态再结晶的时间缩短，阻碍了晶粒的生长，不利于6061铝基体发生动态再结晶；应变量增加，复合材料的流变应力增大，提高了6061铝基体动态再结晶的形核效率。在不损害复合材料塑性的前提下提高强度和韧性的方法，对改善材料塑性成形能力和优化成形工艺（如轧制、锻造、挤压等）有借鉴意义。     

三自由度机械臂增材制造装置及控制系统设计

针对传统增材制造装置结构单一和打印空间有限的问题,开发了一种三自由度机械臂熔融沉积式增材制造装置。对该装置进行三维建模,其主要包含1个转动关节和2个移动关节,采用θ、ρ和z作为该装置旋转运动、水平运动和垂直运动的参量,基于圆柱坐标系进行运动建模和运动分析。选用倍福控制器C6920作为三自由度机械臂熔融沉积增材制造装置的控制系统,基于TwinCAT软件进行人机交互界面的开发,采用G代码编写各轴的联动程序,将传统的基于笛卡儿直角坐标系的直线插补转化为基于圆柱坐标系下的插补运算。最后,在三自由度机械臂熔融沉积式增材制造样机上进行了零件打印实验。与传统台式熔融沉积式增材制造装置相比,打印零件在尺寸精度和表面质量方面显著提高。     

基于数字光处理技术的多材料增材制造装置研究

针对目前市场上多数增材制造设备成型加工时材料单一，成型件功能单一等缺点，课题组提出了一种低成本、基于数字化光处理技术（DLP）的多材料增材制造系统。在分析传统数字光处理技术工艺基础上，课题组设计了一种多材料线性切换装置和清理装置，并搭建相关的成型系统平台；采用LabVIEW虚拟仪器平台作为控制系统核心，编写上位机程序，Arduino做下位机运动控制，建立从机电设计到多材料工艺过程一体化策略。课题组使用商业光敏树脂应用测试，结果表明系统能够实现层厚及成型件尺寸的精确控制和打印切换功能。系统能实现多材料加工成型，打印具有一定功能性的器件。     

窄间隙摆动电弧数值模拟

为了探究窄间隙摆动电弧焊接过程中窄间隙坡口对电弧形态的影响，课题组以实际焊接工艺为依据，利用磁流体动力学理论建立了窄间隙焊接电弧燃烧侧壁的三维对称数学模型。通过对FLUENT自定义函数（UDF）二次开发，实现了对窄间隙焊接电弧的数值计算，且计算的电弧形态与试验结果吻合良好;获得了窄间隙焊接电弧的流场及温度场分布规律。计算结果表明：远离侧壁处电弧的磁感应强度大于靠近侧壁处电弧的磁感应强度；引起了等离子流场、压力场及温度场向侧壁偏转；由于窄间隙焊缝形貌影响，电弧底部等离子体沿熔池切线向焊缝凹面底部运动，并影响熔池上方电流密度及温度场的分布。     

铝/不锈钢电磁脉冲焊接界面组织性能分析

利用改进的70 k J高能量电磁脉冲设备,在最佳焊接工艺参数下(脉冲电流750k A,电压17 k V,频率18 k Hz),实现了高强度的铝/钢电磁脉冲焊接。进行扫描电镜对接头微观形貌观察和元素分布的EDS分析,结果表明:铝/钢焊接界面呈小波状形貌,界面波幅和波长比值是0.27,界面性能比较稳定;接头界面存在5~13μm的过渡区,点扫描元素含量并取其均值,铝为75.33%,铁为23.23%,推断生成Fe Al3金属间化合物;铝基体到结合界面硬度逐渐增大,钢基体到结合界面硬度逐渐减小;拉伸试样断裂位置在铝合金近搭接接头处,断口形貌呈现大小、深浅不一的韧窝塑性断裂,第二相粒子产生空洞形核后长大、聚集和断裂的特征,研究结果可为电磁脉冲焊接提供理论数据。     

大型超薄壁球壳无模爆炸成形

大型薄板球面体成形一直是板料成形工艺中的难点，本文对大型超薄壁球壳的制造提出一种整体成形新方法，通过应用无模爆炸成形技术，解决了薄壁和超薄壁球壳的制造，并通过大量工程实践验证了整体结构设计原则和炸药量理论计量公式，揭示了这一新技术的应用前景。     

液体辅助氮化铝陶瓷飞秒激光直冲式盲孔加工

为探究采用液体辅助加工技术提高飞秒激光直冲式盲孔加工质量的可行性，课题组设计了一种液体辅助激光加工装置。选择纯水、质量分数为75%的乙醇溶液以及盐酸乙醇混合溶液作为辅助液体用于激光加工，在激光加工参数重复频率为0.3 MHz、单脉冲能量为20 μJ、脉冲数为250~20 000时，探究了不同液体辅助加工条件下盲孔尺寸和盲孔的孔口、侧壁形貌变化规律，并分析了相关形貌和缺陷的产生原因和机理。结果表明：在盐酸乙醇混合溶液中进行直冲式盲孔加工，加工出的盲孔孔形相对规整，孔口和侧壁的形貌质量较高。液体辅助激光加工是提高氮化铝陶瓷飞秒激光直冲式盲孔加工质量的一种有效方法。     

3003铝合金冲压变形前后微观组织及其织构演变规律研究

本文应用电子背散射衍射(EBSD)技术,通过极图(PF)、反极图(IPF)和取向分布函数(ODF)图分析手段,研究和分析了420℃×4h等温退火工艺下3003铝合金冷轧板材冲压变形前后的微观组织和织构演变规律.结果表明:经过冲压实验,3003铝合金组织由均匀分布的大尺寸晶粒转变为小尺寸晶粒,再结晶晶粒比例由22.7%减少到了2.9%,变形晶粒比例由77.3%增大到97.1%.其织构主要类型有再结晶织构(立方织构、旋转立方织构、P织构)和变形织构(S织构、铜型织构、黄铜型织构).再结晶织构含量由33.31%减少到30.37%,变形织构含量由24.81%增加到48.7%.     

高纯度Cr26Mo钢焊缝的力学和耐碱蚀性能

本文用钨极氩弧焊附加氩气延续保护的焊接方法对高纯度 Cr26Mo 钢进行可焊性研究。检验焊缝质量和力学性能,用失重法和电化学方法测试焊缝在阿蒙古天然碱苛化烧碱的高温浓碱液条件下的腐蚀行为,确定了腐蚀速度,评定了耐蚀性等级。观察焊缝金相组织,分析焊缝区碱蚀表面的腐蚀形态,判别力学性能试样的断口形貌特征和断裂类型,并鉴定了腐蚀过程中所形成的保护膜和沉淀物的形貌和晶体结构。表明该钢焊缝有较好的力学性能和耐内蒙天然碱苛化烧碱液的性能。     

钢芯铝绞导线的微动疲劳及其寿命预测

在自制的微动试验装置上，对钢芯铝绞导线（ACSR）进行微动试验研究。观察铝股线的断裂情况及断口特征，探讨导线的微动损伤机制。基于导线微动疲劳断裂机制，建立断裂力学寿命预测模型，对导线寿命进行预测。结果表明：ACSR导线微动疲劳过程中，内外层AI股线的断股都发生在高应力区，导线断口呈现正断口、45°口和“V”形断口三种形态；断口由疲劳源区、疲劳裂纹扩展区及瞬断区三个不同形貌特征区域构成。寿命预测结果与实际试验结果相对误差较小。准确度较高。     

大功率回旋管电子光学系统数值计算中几个问题的研究

本文研究了大功率回旋管电子光学系统的特殊问题。采用了不受旁轴条件的磁场计算方法,提出了可以计及强电场、强磁场、空间电荷和阴极工作状态影响的阴极区场与轨迹的计算方法。建议了一种高精度的电场计算公式,在相限制同条使能量守恒精度比用拉格朗日九点插值公式提高一个数量级。文章还给出了改善纵向开放边界电位插值精度的实验公式。最后给出了计算得到的电极形状和件下电子轨迹。     

基于FLUENT的超薄板微束等离子弧焊熔池行为研究

焊接熔池的特征信息与焊缝的成形质量具有直接的对应关系，为了获得高质量的焊缝，课题组对超薄板微束等离子弧焊的熔池进行研究。通过FLUENT软件采用Solidification & Melting模型与SIMPLEC算法对直流和脉冲微束等离子弧焊熔池进行数值研究，并设计了焊接熔池视觉检测系统；通过实验采集熔池的几何特征对数值分析的结果进行了验证。结果表明：在平均电流相同的情况下，直流状态下熔池的温度和宽度大于脉冲电流时熔池的温度和宽度；但是直流时熔池中液态金属的流速与熔池的振幅都小于脉冲电流状时熔池中液态金属的流速和熔池的振幅。通过实验发现使用数值模拟的方法可以获得一定的熔池特征信息。     

磁致伸缩光纤弱磁场传感器技术

利用磁致伸缩效应设计的光纤相位干涉型直流弱磁场传感器具有灵敏度高、结构简单、体积小、制作方便等优点,能满足磁探测、磁引信的对磁场传感的要求,在弱磁场测量方面也存在着广泛的应用。磁致伸缩光纤弱磁场传感器通常采用Mach—Zehnder干涉仪原理制作,传感器的传感臂和参考臂由两单模光纤组成,传感臂的光纤上粘合一段磁致伸缩材料作为传感头,当被测静态磁场与交变调制磁场共同作用于传感头时,磁致伸缩材料所产生的纵向应变将导致光纤中的光相位变化,利用相位检测装置就可得出被测磁场的大小。本文综述了磁致伸缩光纤弱磁场传感器技术的发展过程,介绍了传感器系统以及其传感原理和工作原理,指出了目前还存在的问题。