本期栏目

增材制造

  • 激光功率对27SiMn合金表面制备铁基合金熔覆涂层性能的影响

    曹成铭;张若兰;任中华;刘鹏;白凯;朱合伟;

    液压支架立柱长期处于潮湿、多飞溅工作条件下，极易发生腐蚀和磨损，严重影响其使用寿命。为增强液压支架立柱表面耐磨及耐蚀性能，延长液压支架的服役周期，采用激光熔覆成型技术，在液压支架立柱材料27SiMn合金表面制备不同激光功率作用下的铁基熔覆涂层，分析不同工艺参数对铁基熔覆涂层表面性能的影响规律。结果表明，受激光功率的影响，铁基熔覆层表面形貌呈现出逐渐优化后逐步裂化的趋势；稀释率呈现出逐渐增大的状态，37.6%～40.8%范围内的稀释率表面质量最佳；同种功率作用下，层深方向显微硬度呈现先增大后减小的趋势；此外，表面残余应力在固定的激光熔覆工艺参数下，主要为残余压应力，且随激光功率的增加不断增大，当残余应力超出自身的屈服极限，大量裂纹随之产生。综合各方面的性能，在1 800～2 200 W功率作用下制备的铁基熔覆涂层表面性能最佳，表现出良好的表面形貌、充足的稀释率以及较高的显微硬度。该研究为液压支架立柱表面的耐蚀涂层制备提供了有效的理论及试验参考。

    2026年02期 v.46 1-10页 [查看摘要][在线阅读][下载 1304K]

  • 球墨铸铁表面激光熔覆工艺优化及形貌预测模型研究

    慕松;袁佳程;阴佳琦;韩帅;王璟鹏;

    球墨铸铁表面激光熔覆层形貌是多输入多输出耦合控制的结果，但相关研究在熔覆层形貌及多目标优化方面仍相对缺乏。提出一种响应面法与多目标粒子群算法相结合的激光熔覆工艺参数优化方法。设计三因素三水平正交实验，并采用响应面法建立工艺参数与熔覆层形貌指标的数学模型，以激光功率、扫描速度和送粉速率为输入变量，以熔覆层高度和润湿角为指标，结合多目标粒子群优化算法，同时优化两个熔覆层形貌指标，并对预测精度进行了分析。研究结果表明，熔覆层形貌受多个工艺参数相互作用影响，熔覆层高度与送粉速率和激光功率呈正相关，但与扫描速度呈负相关；润湿角与激光功率和扫描速度呈正相关，但与送粉速率呈负相关。因此，利用多目标粒子群算法同时优化预测熔覆层高度和润湿角，使得润湿角预测误差小于8%,熔覆层高度预测误差小于10%,有效控制熔覆层形貌，抑制界面白口化，使熔覆层硬度控制在450 HV以内。研究结果为球墨铸铁表面激光熔覆层形貌预测提供了理论参考依据。

    2026年02期 v.46 11-21页 [查看摘要][在线阅读][下载 1369K]

  • 激光熔丝铝合金单层单道的熔滴过渡过程研究

    林泓辰;张英乔;李志勇;魏守征;

    采用单因素试验方法，进行不同激光功率、扫描速度和送丝速度的单道单层激光熔丝沉积试验，并用高速摄像系统记录试验过程。研究工艺参数对5356铝合金激光熔丝的熔滴过渡与熔池形态、沉积层成形的影响规律。试验结果表明，激光功率1 200 W及以下时，改变扫描速度及送丝速度，熔滴过渡均由液桥过渡主导；激光功率达到1 300 W时转变为熔滴式接触过渡。液桥过渡更加稳定，对整体尺寸约束性好，熔滴式接触过渡润湿性更好。激光功率决定了热输入大小，功率为1 200 W时，熔宽较1 100 W时增大了约26.1%,功率提升至1 300 W时，熔宽较1 100 W时增大了约30.5%,熔深成倍增长。扫描速度增大加大了熔池中心与边缘的温度梯度，马兰戈尼效应使熔池尺寸整体变小的情况下，表现出了更好的润湿性。增大送丝速度使单位距离内送丝量提升，熔宽、熔全高变大，润湿角减小。

    2026年02期 v.46 22-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 1367K]

激光焊接

  • 送丝速度对700L钢激光-电弧复合焊接头组织与性能的影响

    任志国;刘志国;夏明生;刘立学;赵光;彭云;赵琳;

    高强度大梁钢焊接过程中，易出现焊缝区冲击韧性低、热影响区软化等问题。研究送丝速度对700L钢激光-电弧复合焊接接头显微组织与力学性能的影响，分析了焊接热影响区软化行为。结果表明，焊缝组织主要为板条贝氏体、针状铁素体和粒状贝氏体，粗晶区组织为板条贝氏体和粒状贝氏体，细晶区组织为铁素体和少量贝氏体，不完全重结晶区组织为不均匀的铁素体和贝氏体；软化区位于靠近母材的焊接热影响区，在焊接热循环的作用下，软化区M-A组元易分解，硬度降低。随着送丝速度的增加，热输入增加，焊缝区韧性降低，拉伸易于软化区失效，降低送丝速度可减弱或抑制软化，提高焊缝区韧性，当送丝速度为5.5 m/min时，焊接接头具有良好的强韧性。

    2026年02期 v.46 31-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 1767K]

  • 激光功率对钢/铝焊接接头组织与性能的影响

    柳帅;蔡得涛;刘伟清;王昱征;罗子艺;

    采用激光-MIG复合焊接的方法获得不同激光功率下熔焊接头。通过扫描电镜、万用拉伸机、维氏显微硬度计等设备分析研究不同激光功率对钢/铝熔焊接头显微组织及力学性能的影响。结果表明，接头不同区域显微组织主要由FeAl_3和Fe_2Al_5组成，FeAl_3相含量升高导致力学性能降低。当激光功率为1 500 W时，熔焊接头组织主要由胞状IMCs及针状IMCs组成，焊接区组织与铝母材相容性良好，接头最高硬度达到824.4 HV,接头断裂区域位于Fe_2Al_5和FeAl_3交界处。

    2026年02期 v.46 40-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 2178K]

  • 304L激光焊与等离子弧焊接头的组织和性能

    王宏浩;何建萍;李芳;华学明;

    MARKⅢ型天然气船围护系统中需要大量的304L不锈钢搭接角焊，目前主要采用等离子弧焊接(plasma arc welding, PAW)技术，为进一步提升其焊接效率，研究采用激光焊(laser beam welding, LBW)进行304L不锈钢搭接角焊接，对比分析了激光焊和等离子弧焊接头的微观组织和力学性能。研究结果表明，两种搭接角焊接头均具有优异的成形质量，焊缝均由奥氏体和铁素体组成。然而与等离子弧焊相比，激光焊不仅具有更高的焊接效率，而且成形焊缝氧化程度更低，形成更多的铁素体，进而导致激光焊缝具有更高的显微硬度和抗拉强度，尽管延伸率稍有降低，但仍高达20%以上。因此，对于304L不锈钢搭接角焊成形，激光焊在替代等离子弧焊方面具有显著的优势。

    2026年02期 v.46 53-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 1808K]

激光加工

  • SiCp/Al复合材料高深宽比凹槽激光加工试验研究

    张俊飞;何斌;唐玉琪;韩锦锦;陈国炎;张锁荣;

    为了在SiCp/Al复合材料(SiCp/Al)表面加工出高深宽比的凹槽结构，采用纳秒光纤与紫外激光进行加工试验。首先研究激光功率、激光扫描速度、填充线间距等参数对材料去除过程的影响规律，再通过扫描电子显微镜观测不同参数下的加工形貌，分别选取最佳激光参数对凹槽进行不同次数、不同宽度的加工。结果表明，在纳秒光纤激光加工下，加工表面存在严重的熔融产物，对凹槽加工产生不利影响。在纳秒紫外激光加工下，材料主要以气化形式去除，加工表面几乎无熔融产物，有利于微凹槽的加工。最终，利用纳秒紫外激光在SiCp/Al复合材料表面成功加工出宽度0.2 mm、深宽比11.16的微凹槽结构。

    2026年02期 v.46 64-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 2150K]

  • 激光冲击强化12%Cr马氏体不锈钢抗腐蚀行为分析

    柳岸敏;张翀昊;陈烜;

    马氏体不锈钢基于其优异的力学性能和中等的耐蚀性，被广泛应用于汽轮机叶片和医疗手术工具等关键构件，然而碳化物附近发生的局部点蚀限制马氏体不锈钢的进一步发展。通过残余应力测量、微观组织表征、电化学腐蚀试验和腐蚀形貌观测，研究激光冲击强化对12%Cr马氏体不锈钢耐蚀行为的影响机理。结果表明，激光冲击强化使得材料表面的电荷转移电阻提升约129.2%,钝化电流密度降低约70.1%,点蚀电位提高80.4%。激光冲击强化诱导的马氏体细化、碳化物分解和残余压应力是耐蚀性提升的主要原因。

    2026年02期 v.46 73-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 1434K]

  • 纳秒激光加工氧化铝基涂层微织构形貌影响研究

    于建宾;岳圣博;

    针对钢体PDC钻头在井下钻进过程中面临的泥包问题，在钻体水槽表面制备疏水防护涂层有望减少岩屑黏附，进而防止钻头泥包的发生。通过在钻头表面制备兼具耐磨与疏水功能的氧化铝基织构化涂层，减少泥浆黏附，防止泥包。采用等离子喷涂技术在钻头常用的42CrMo合金钢基底上制备Al_2O_3、Al_2O_3-13%TiO_2和Al_2O_3-40%TiO_2 3种氧化铝基涂层，并进一步采用激光织构加工技术在这些涂层表面制作出具有网格状排列的凹槽型微织构，结合扫描电镜、三维形貌仪测量3种涂层的微观结构和涂层微织构的微观形貌，分析激光功率、加工速度、加工次数等工艺参数对涂层微织构尺寸的影响特性。结果表明，TiO_2推动了熔融片层的铺展与沉积，进而使涂层更为致密，缺陷数量有所降低，但随着TiO_2含量不断升高，涂层表面会因为更容易烧损而发生孔隙和裂纹等缺陷；激光工艺参数发生变化时，其对涂层微织构深度的影响幅度大于对宽度的影响幅度，随着TiO_2含量增加，涂层表面对激光的能量吸收与转化效率提高，Al_2O_3-TiO_2涂层微织构平均尺寸显著大于纯Al_2O_3涂层。随着TiO_2含量不断升高，材料导电率变大，对激光的吸收作用减弱，导致平均宽深尺寸减小，Al_2O_3-13%TiO_2涂层的成型质量及刻蚀效果均高于其他两种涂层。

    2026年02期 v.46 84-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 1639K]

测量检测

  • 基于局部空间结构的CHM树冠分割优化方法

    严斐然;刘海波;张苏;聂胜;荣经国;成思晋;董钊;

    针对利用冠层高度模型(canopy height model, CHM)分割树冠时存在树顶检测窗口敏感性以及欠分割或过分割问题，提出一种基于CHM和局部空间结构的树冠分割优化方法。首先分层构建多分辨率无凹坑CHM,然后利用半方差结合几何矩算法实现动态窗口的单木树顶探测，继而采用半方差区域增长算法分割树冠，并耦合多种树冠形状指数模型优化树冠边界，实现树冠的精确提取，最后采用3种典型林型样地评估分割精度。实验结果表明，该方法在针叶林、阔叶林和针阔混交林的树冠分割中均表现良好，准确率分别为84.44%、90.57%和80.16%,优于传统分水岭算法和基于点云的分割算法。

    2026年02期 v.46 96-105页 [查看摘要][在线阅读][下载 1282K]

  • 基于改进区域生长算法的地下矿山管道类点云提取方法

    贾桂旭;季民;宋鹏飞;范相如;房振;刘志超;

    在地下矿山井巷工程精细化建模中，管道类点云的准确提取对建模质量至关重要，由于地下矿山复杂的生产环境，现有提取方法存在欠分割、过分割等诸多挑战。针对上述问题，提出一种改进的区域生长算法。该方法首先结合布料模拟滤波技术提取巷道地面点云，并将其投影至RANSAC拟合平面上计算点云密度，以此获取最大聚类点数，从而实现巷道壁滤波参数的自适应调整。此外，考虑巷道内存在的支护结构、警示标志以及其他冗余数据，对区域生长方法进行了优化，通过引入多阶段迭代优化策略对数据二次过滤及优化，有效剔除巷道内冗余数据，同时减少了聚簇个数，实现管道点云的准确提取。实验结果表明，该方法能够对地下矿山巷道内的管道点云进行有效提取，提取结果精确率达到95%以上，提高了点云分割的精确性与可靠性，为地下矿山井巷工程实景三维建模奠定了良好的数据基础。

    2026年02期 v.46 106-116页 [查看摘要][在线阅读][下载 1216K]

  • 基于点云切片的露天采场坡面顶底线自动提取算法研究

    王志鹏;季民;宋鹏飞;李婷;刘志超;

    针对传统方法进行露天采场坡面顶底线提取效率低、精度差、提取结果不连续等问题，提出一种基于点云切片的露天采场坡面顶底线自动提取算法。该算法采用主成分分析法(PCA)提取露天采场点云平面主方向，并分别以平面主方向及其正交方向，按照指定间距对露天采场的点云数据进行了序列切片与投影；针对每一点云切片，基于改进的格雷厄姆扫描法进行了切片点云排序，并采用三次样条函数对排序后的点云进行了曲线拟合及拐点提取，并基于拐点邻域内梯度变化实现了噪声拐点剔除；进一步通过连接相邻切片同名位置的拐点，实现了露天采场坡面顶底线的自动提取。通过对基建期和生产期露天采场实测点云数据的实验验证与对比分析，表明该算法不仅自动化程度高，而且坡面顶底线提取结果光滑、连续，形状准确率高于90%,空间位置精度优于1 m,可为露天采场信息的智能分析提供强有力的工具支持。

    2026年02期 v.46 117-131页 [查看摘要][在线阅读][下载 1911K]

  • 基于激光雷达点云的公路二维视距检测技术

    张韡;刘涛;李永;蒋磊;陈涛;

    为实现快速、准确、自动化的公路视距检测，基于激光雷达点云提出一种将公路边界量化为视距的方法。首先，对原始点云进行纵向滤波和垂向滤波以减少点云数量，再利用随机抽样一致性算法(RANSAC算法)分别提取高度阈值为0.2 m和1.2 m的平面，将二者作差得到粗略的公路边界。其次，将粗略的公路边界投影至XOY平面后分割为左右两个边界，并采用散点轮廓算法(Alpha-Shapes算法)分别提取其边界轮廓，再结合边界轮廓的位置关系得到精准的公路边界线。再次，基于弯道线形组成规律采用最小二乘法对精准的公路边界线进行拟合，并利用曲线积分求解边界长度。最后，建立公路视距检测模型并通过实车试验验证模型的准确性。结果表明：公路视距检测模型求解的视距与实测视距相比较，绝对误差范围为0.68～2.92 m,相对误差范围为2.48%～5.49%,且误差随实测视距的减小而减小，模型准确性较高，具有实际工程应用价值。

    2026年02期 v.46 132-139页 [查看摘要][在线阅读][下载 990K]

  • 基于激光冲击的CFRP界面结合强度检测方法研究

    朱瀚锐;屈美娇;何卫锋;宋雨恒;刘凯;

    针对传统无损检测技术在检测碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)内部“吻接”和“弱粘接”等损伤问题的局限性进行研究。基于材料中应力波的传播和材料层裂原理，探索界面结合强度的检测方法和步骤，设计开展系列激光冲击实验，以光子多普勒测速仪(photon Doppler velocimetry, PDV)测量试件背面粒子速度，对比不同冲击条件下的背面粒子速度差异，从而判断试件损伤情况，最后采用B型超声扫描进行验证。结果显示，采用多次冲击的CFRP界面结合强度检测方法，能有效地评估CFRP的界面结合强度合格性，设计的检测步骤是合理和可行的，具备重要的应用价值。

    2026年02期 v.46 140-147页 [查看摘要][在线阅读][下载 1271K]

  • 基于线激光的竹条凹陷深度测量方法研究

    徐筱茹;马良城;江雨琪;伍希志;李贤军;杨滨;

    为了实现粗刨竹条加工量的精准计算，需要对其表面凹陷进行精准测量，提出了一种全新的基于线激光的竹条凹陷深度检测方法。首先构造激光三角测距模型，通过对工业相机进行相机标定以确定基准平面，并消除相机畸变对采集的图像的影响；其次用自适应阈值法改进激光条纹中心线提取方法，增强了算法的鲁棒性；最后根据激光条纹中心线提取结果计算竹条的最大凹陷值。为验证测量方案的可行性，将灰度重心法与Steger算法和几何中心法进行了对比，灰度重心法的提取精度高于几何中心法和Steger法，且提取速度是Steger算法的10倍，表现出了相对最优的提取效果。实验结果表明该方法简单高效，检测的竹条凹陷值的平均绝对误差为0.031 8 mm,最大绝对误差在±0.1 mm以内，能够满足生产过程中粗刨竹条凹陷检测的需求。

    2026年02期 v.46 148-157页 [查看摘要][在线阅读][下载 1086K]

激光光学

  • 激光二极管双端泵浦Tm: YAG键合晶体的热效应

    任嘉欣;李隆;李昕阳;杨恒鑫;纪玉潇;张春玲;

    引入双端泵浦和双端键合相结合的方式，建立激光二极管双端泵浦Tm:YAG键合晶体的热模型，双端泵浦形成双折射效应，使光场分布更加均匀，双端键合能够有效降低激光晶体热效应。利用热传导理论、有限元分析法对键合晶体内部的温度场、热应力场和热形变进行了数值计算，并分析了YAG晶体键合厚度以及不同键合方式对键合晶体热效应的影响。结果表明，在稳态下，激光二极管泵浦功率为30 W、泵浦光斑半径为400μm时，双端键合1 mm的YAG晶体的键合晶体内部最高温升为89.1℃,最大应力为82.5,最大热形变量为0.278μm;双端泵浦形成双折射效应，使光场分布更加均匀，二者相结合的方式能够有效降低激光晶体热效应。该研究可为激光晶体的选材及Tm∶YAG激光器稳定输出提供参考。

    2026年02期 v.46 158-166页 [查看摘要][在线阅读][下载 1375K]

激光医学

  • P38/MAPK通路在脉冲式Nd: YAG激光促进口腔溃疡愈合中的作用研究

    渠源;王晓娜;石晶;

    目的：明确P38/丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)通路在脉冲式Nd:YAG激光促进口腔溃疡愈合中的作用。方法：SD雄性大鼠共70只，随机分为正常组、溃疡组、自愈组、封闭组、激光组、抑制剂组和激动剂组，每组各10只。除正常组直接切取下唇口腔黏膜组织外，其余组别均采用创伤法建立口腔溃疡模型。溃疡组在溃疡形成当日(第2天)取材，其余5组经不同处理后于第4天取材。观察大鼠的创面愈合情况；利用蛋白质印迹分析检测口腔黏膜组织中P38、p-P38的表达；免疫组织化学技术检测白细胞介素17(interleukin 17, IL-17)、基质金属蛋白酶(Matrix metalloproteinase, MMPs)-2、MMP-9、基质金属蛋白酶组织抑制剂(tissue inhibitor of metalloproteinase, TIMPs)-1以及Ⅳ型胶原蛋白的表达。结果：大鼠的创面愈合情况：封闭组、激光组和抑制剂组大鼠口腔溃疡面积明显缩小；自愈组和激动剂组大鼠溃疡表面仍存在假膜和脓液。Western-blot结果：与正常组相比，溃疡组大鼠中p-P38的表达升高(P<0.05)。与溃疡组相比，封闭组和激光组大鼠中p-P38的表达降低(P<0.05);自愈组中p-P38的表达虽有所降低，但差异无统计学意义(P>0.05);与激光组相比，激动剂组中p-P38的表达显著升高(P<0.01);抑制剂组中p-P38的表达虽有所降低，但差异无统计学意义(P>0.05)。P38总蛋白在各组中的表达均未见明显差异(P>0.05)。免疫组化结果：与正常组相比，溃疡组大鼠组织中IL-17、MMP-2和MMP-9的表达升高(P<0.05;P<0.001;P<0.0001),TIMP-1和Ⅳ型胶原蛋白的表达显著降低(P<0.001;P<0.0001;)。与溃疡组相比，封闭组和激光组大鼠中IL-17(P<0.01;P<0.001)、MMP-2(P<0.01)和MMP-9(P<0.001;P<0.0001)的表达显著降低，TIMP-1(P<0.01)和Ⅳ型胶原蛋白(P<0.0001)的表达显著升高；与自愈组相比，封闭组和激光组大鼠中IL-17的表达降低(P>0.05;P<0.05),但封闭组差异无统计学意义；封闭组和激光组大鼠中MMP-2(P<0.05)和MMP-9(P<0.05;P<0.001)的表达降低；TIMP-1(P>0.05;P<0.01)的表达升高，但封闭组差异无统计学意义；Ⅳ型胶原蛋白(P<0.0001)的表达显著升高；与激光组相比，激动剂组大鼠中IL-17、MMP-2和MMP-9的表达显著升高(P<0.001),TIMP-1(P<0.05)和Ⅳ型胶原蛋白(P<0.01)的表达降低。结论：脉冲式Nd:YAG激光可以通过抑制P38/MAPK信号通路，缩短口腔溃疡的愈合时间，达到促进溃疡组织愈合的效果；IL-17可以通过P38/MAPK信号通路调节MMPs/TIMPs表达平衡，促进Ⅳ型胶原蛋白的合成，从而在脉冲式Nd:YAG激光促进口腔溃疡愈合的过程中发挥作用。

    2026年02期 v.46 167-183页 [查看摘要][在线阅读][下载 2259K]

  • 医用光纤弯曲对传输效率及光斑的影响

    潘景昊;李敏;屈嘉怡;林浩天;黄杰;

    医用光纤作为医疗激光的传输介质，其不同弯曲形态导致光纤传输效率和光斑均匀性发生改变，进而影响激光治疗效果。首先基于MARCUSE的光纤功率损耗理论，采用光学仿真软件Rsoft构建了医用光纤传输模型，并仿真分析不同弯曲半径区间条件下光纤传输效率和光斑分布情况，确定医用光纤对应的弯曲状态包括允弯、临弯、限弯。仿真结果表明随着弯曲半径减小，光纤传输效率减小，弯曲半径为20～16 cm,传输效率大于80%,光斑强度较为集中，光斑均匀性较差，光纤处于允弯状态；弯曲半径为15～12 cm,传输效率大于75%,光斑强度逐渐分散，光斑均匀性提高，光纤处于临弯状态；弯曲半径小于12 cm,传输效率小于75%,光斑强度明显分散，光斑均匀性非常好，光纤达到限弯状态。进一步，搭建医用光纤弯曲对输出效率以及光斑均匀性影响的测试装置，测量医用光纤不同弯曲半径区间(9～20 cm)下的光纤传输效率和光斑分布，测试结果与仿真结果一致，验证了医用光纤允弯、临弯、限弯条件下光纤传输效率及光斑均匀性的影响及相关关系，为医用光纤相关标准制修订提供了参考依据。

    2026年02期 v.46 184-192页 [查看摘要][在线阅读][下载 1233K]