激光熔覆技术及工业应用研究进展

综述了国内外激光熔覆技术的研究进展，重点介绍了常用的激光熔覆材料、激光熔覆工艺、激光熔覆层的性能及其工业应用，并指出了激光熔覆技术进一步研究的几个方向。     

激光熔覆同步送粉器的设计与应用

试验中发现,薄熔覆层要明显好于较厚熔覆层,为了获得较薄的熔覆层,根据螺旋传动的原理,设计和制作了激光熔覆同步送粉器,并用Ni基合金粉和Al粉进行了相关测试.试验结果表明:该送粉装置是连续和稳定的,改变螺纹轴直径或转速可以连续调节送粉速度.利用该送粉装置进行激光熔覆试验,获得了较薄且均匀的熔覆层,熔覆层的外型尺寸正确、表面比较平整、内部组织均匀细小.对激光熔覆技术在实际中的应用,尤其是激光在材料修复方面的应用具有实用价值.     

送粉式激光熔覆热和熔覆材料有效利用率影响因素的研究

通过改变激光熔覆工艺参数获得相应的熔覆层并对其进行了细致的研究,对激光热有效利用率、熔覆材料有效利用率、熔覆层稀释率及有关界面问题进行了综合评述。找出了工艺参数对其影响规律,指出了送粉装置与工艺参数间的合理匹配能获得最佳的激光热有效利用率、熔覆材料有效利用率。同时,对搭接熔覆时的搭接率的确定原则进行了详细的评述。为获得良好的结合界面提供了实验证据,为制定送粉激光熔覆工艺规程提供了理论依据。     

超薄板材上Nd：YAG脉冲激光送粉熔覆研究

研究了为满足特定图案要求在超薄板材（０．１～０．１５ｍｍ）上进行Ｎｄ：ＹＡＧ脉冲激光送粉精细熔覆过程中激光熔覆特性、侧向和同轴喷嘴送粉熔覆、基体的真空吸附夹紧和强迫制冷、熔覆层几何形貌、元素分布和微观组织特性等因素。得到了熔覆层高度比为０．８８和０．５、质量良好的熔覆图案。     

超薄板材上Nd:YAG脉冲激光送粉熔覆研究

研究了为满足特定图案要求在超薄板材 ( 0 1～ 0 15mm)上进行Nd :YAG脉冲激光送粉精细熔覆过程中激光熔覆特性、侧向和同轴喷嘴送粉熔覆、基体的真空吸附夹紧和强迫制冷、熔覆层几何形貌、元素分布和微观组织特性等因素。得到了熔覆层高宽比为 0 88和 0 5、质量良好的熔覆图案     

激光熔覆技术的研究进展

激光熔覆技术是一种经济实用的表面处理技术,具有冷却速度快、工件畸变小、原料消耗少、过程易于实现自动化等优点。本文从背景、基本原理、研究现状等方面对激光熔覆做了较为详尽的阐述。在其研究现状中,主要从熔覆层材料、工艺种类、工艺参数等几方面综述了激光熔覆技术的研究进展;其中,对激光熔覆材料体系做了重点阐述,比较了三种自熔性合金粉末体系的优缺点。最后,指出了激光熔覆技术现存的主要问题以及未来的主要研究方向。     

激光熔覆-激光氮化复合法制取TiNi-TiN梯度材料

将激光熔覆与激光表面氮化技术相结合制取TiNi-TiN梯度材料。采用先进的六孔同轴送粉喷嘴系统,分别将纯Ti、Ni粉末按一定比例送入激光熔化区,在粉末熔化过程中发生Ti、Ni间高温合成反应,原位合成一定厚度的TiNi金属间化合物熔覆层,然后将原位合成的熔覆层在富氮气氛中进行激光氮化处理,表面形成一层金黄色的TiN。利用光学显微镜和扫描电镜观察了熔覆层组织,并测量了熔覆层及氮化层的厚度。对不同工艺参数获得的熔覆层用X射线衍射仪进行了物相鉴定,并对氮化试样的熔覆层进行了显微硬度分布测试,得出了较好的制取TiNi-TiN梯度材料的工艺参数为:激光功率600 W,扫描速度0.5 m/min,钛送粉量2.5 g/min;镍送粉量3.2 g/min。     

环形激光熔覆技术研究现状及展望

环形激光熔覆技术是一项利用中空环形的聚焦高能激光束和光内输送的熔覆材料同轴耦合作用于基体表面的典型材料沉积加工技术。与传统激光熔覆技术相比,它在激光能量利用率、熔覆材料沉积率、光料耦合精度、熔覆过程稳定性和熔覆层结合质量等方面均有大幅度提升,因此备受关注。介绍了基于传统激光熔覆技术发展而来的各类典型加工头的工作特点,在此基础上概述了环形激光熔覆技术的原理和技术优势,进一步分析了环形激光熔覆加工头内部的光路结构对环形激光熔覆技术的影响。重点综述了典型的环形激光熔覆加工头内部的光路结构与聚焦光斑形态之间的关系,基于不同的光路设计原理,对目前具有代表性的加工头进行了分析和归纳,对各类加工头的工作特点进行了论述和总结。除此之外,还分析了焦斑形态变化和能量分布对光料耦合过程的影响,总结了基于环形焦斑辐照下的熔覆材料在不同状态(固相和液相)的典型沉积应用。最后对环形激光熔覆技术未来在激光金属沉积领域的潜在应用及发展趋势做出展望。     

送粉式激光熔覆层质量与工艺参数之间的关系

系统地研究了Ni基合金自动送粉激光熔覆工艺参数对熔覆层稀释率的影响规律。为解释送粉速率和扫描速度对稀释度的的影响,利用金相法检测了不同工艺条件下单道熔覆层的宏观参数,定量计算了LimL.C提出的单位质量熔覆材料的比能和单位时间实际输入的比能两个重要参数。利用单位质量熔覆材料的比能和单位时间实际输入的比能随工艺参数的变化规律,成功的解释了在激光参数一定的条件下稀释率随扫描速度的增加而减小,随送粉速率的增加而减小为进一步研究熔覆层的凝固行为、显微组织与工艺参数的关系奠定了理论基础。     

双向扫描激光熔覆止裂机理及试验分析

针对激光熔覆过程中易出现的熔覆层开裂的问题,采用了单向送粉双向扫描激光熔覆工艺,较好地抑制了熔覆层的开裂.通过对激光熔覆过程温度场、应力场进行计算分析,发现采取单向送粉单向扫描工艺时,熔覆层顶部以及与基体接合处会出现明显的应力集中现象,且应力水平较大,而采取双向扫描工艺后,熔覆层内拉应力水平显著降低,且熔覆层顶部的应力...     

Development and qualification of a novel laser-cladding head with integrated sensors

A compact laser-cladding head with integrated sensors and coaxial powder feeding was developed and qualified for industrial applications. Different sensors were integrated in the head for monitoring the optical components and for monitoring and controlling the laser cladding process. The operating status of the dichroitic beam splitter, the protective glass and the powder-feeding nozzle could be acquired in real time. The process monitoring and control based on the infrared temperature signal were adopted in order to ensure high product quality and reproducibility. These characteristics guarantee the application of the cladding head in industrial environments and for automated production.     

Laser powder technology for cladding and welding

Laser powder technology offers several advantages compared to conventional cladding and welding techniques and is attracting increasing industrial interest. The laser materials processing group of the German Aerospace Center at Stuttgart, Germany, is currently developing these new methods for application in industrial process engineering. Key areas of the work include the design and implementation of a modular working head that can be universally used for laser welding and surface treatment, the development of powder nozzles for cladding and welding, and the construction of new systems for special applications (e.g., for inner cladding). Some of these developments are described, as well as some important examples that highlight the potential of welding and surface treatment using laser powder techniques.     

激光熔覆载气式同轴送粉喷嘴关键参数的探究

以激光熔覆载气式同轴送粉喷嘴为研究对象,建立了三通道激光熔覆喷嘴的三维模型,运用计算流体动力学理论对激光熔覆送粉喷头关键参数进行了数值分析,基于商用计算流体力学(CFD)软件FLUENT对送粉通道不同倾角和送粉口不同直径条件下的粉末流场情况进行了数值模拟。分析与计算结果表明,在其他参数一定的条件下,选样送粉通道倾角角度70°和送粉口直径1.5 mm时,有利于改善激光熔覆效果,为CFD技术在流体机械分析中的应用提供了参考。     

等离子熔覆技术的研究现状及展望

等离子熔覆技术是一种高效且应用广泛的表面处理技术,具有与基体结合良好、设备成本低、工作环境无污染及操作简单等优点。从等离子熔覆工艺参数研究、等离子熔覆合金涂层、等离子熔覆颗粒增强金属基复合涂层、等离子熔覆层质量调控方法、等离子熔覆技术应用等五个方面,介绍了等离子熔覆技术当前的发展概况。其中,关于等离子熔覆工艺参数研究方面,阐述了熔覆电流、离子气体流量、送粉气体流量、粉末送粉量、焊枪摆动幅度、焊接速度、喷嘴与工件之间的高度及多道搭接时搭接率等参数对涂层组织性能的影响;在等离子熔覆合金涂层方面,介绍了等离子熔覆用合金粉末及其引入方式的研究进展;在等离子熔覆颗粒增强金属基复合涂层方面,叙述了增强颗粒及其添加方式的最新研究成果;在等离子熔覆层质量调控方法部分,阐述了预热缓冷、热处理、外加磁场、机械振动、超声波辅助、加入变质剂及添加稀土元素等手段对熔覆层的质量调控作用;在等离子熔覆技术应用方面,介绍了等离子熔覆技术在矿山机械、汽车零部件再制造以及阀门修复等领域的应用。最后对等离子熔覆技术的应用前景及发展趋势做出了展望。     

激光熔覆制备高硬耐磨涂层的研究综述

高硬耐磨涂层指与基体间呈冶金结合,具有很强的局部抵抗压入能力及抵抗机械磨损能力的薄层。激光熔覆技术是一种新型、绿色、高效的表面处理技术,具有冷却速度快、稀释率小、热变形小、厚度可控等优点,在交通、矿山、石化、冶金等高端制造装备领域具有广阔的应用前景。从粉末设计、激光熔覆工艺、统计计算与仿真模拟、激光熔覆辅助技术等4个方面,综述了激光熔覆技术制备高硬耐磨涂层的研究进展。在粉末设计方面,以涂层优化结果为导向,综述了第二相强化型、细晶强化型、组织结构优化型及其他类型设计在制备高硬耐磨涂层方面的研究。在激光熔覆工艺方面,介绍了熔覆过程中工艺参数对涂层性能及质量的影响及作用机理,并提出了合理的优化建议。在统计计算和仿真模拟方面,概述了统计计算与仿真模拟在涂层制备、熔覆工艺优化、涂层组织性能优化及熔覆理论研究中的作用。在激光熔覆辅助技术方面,概述了声场、电场、磁场、热场、机械场及光谱检测等辅助技术,并介绍了辅助技术对调控涂层微观组织及性能的影响和作用机制。最后对激光熔覆制备高硬耐磨涂层及相关技术的研究进行了展望。     

Optimization of the shape of nozzles for coaxial laser cladding

The results of mathematical modelling of the flows of powder in nozzles for coaxial laser cladding are presented. The modelling results are used to determine the optimum geometrical parameters of the nozzle used for the construction of appropriate technological equipment. Calculations are carried out to determine the optimum values of the flow rate of powder, the size of powder particles, the geometry of the powder flow and the distance from the outlet of the nozzle to the surface of the components. The resultant values were used in the development of technological processes of cladding with powders of different composition.     

激光再制造技术及其工业应用

针对机械装备修复技术，阐述了激光再制造技术概念及激光再制造系统构成：三维激光光束头、三维激光涂敷系统、CAD／CAM软件和控制检测系统。展示了30层连续熔敷后的组织形貌，说明组织和硬度都比较均匀，并介绍了若干激光修复工业应用实例。     

An Experimental Investigation of Laser Cladding

Laser cladding uses a laser beam to fuse materials with enhanced metallurgical properties on a substrate. A thin layer of the substrate is molten achieving good metallurgical bonding with the added material. In this paper experimental data from an industrial application of laser cladding are presented and discussed. The material of the substrate was an aluminum alloy and the cladding material was copper based powder. Under constant laser power and beam diameter, experiments were performed using various powder feed rates, process speeds and gas supply. The dimensions of the clad as well as the alloying and dilution depth were measured. The experimental data were analyzed in order to obtain a working range for the process parameters.     

激光熔覆铁基合金涂层的研究进展

激光熔覆技术作为一种先进的材料表面改性技术,具有加工效率高、涂层稀释率低且与基体结合强度高、自动化程度高、环境友好等优点。在各类熔覆材料中,铁基合金在成分上与钢铁材料最为接近,且其成本相对较低,近年来在设备零部件表面强化和再制造领域得到广泛应用。结合国内外最新相关研究成果,从材料体系、工艺参数、外场辅助技术等方面对激光熔覆铁基合金涂层的研究进展进行了综述。总结了熔覆材料的选材依据以及铁基自熔性合金粉末、不锈钢粉末、铁基非晶合金粉末、铁基复合粉末等各类材料的特点和应用。系统讨论了激光功率、扫描速度、光斑直径、送粉速率等工艺参数对铁基涂层成形质量和微观组织及性能的影响机制,并介绍了工艺参数优化在高质量熔覆层制备中的应用。同时,论述了超声振动、电磁场、温度场等外场辅助技术在激光熔覆铁基合金涂层中的应用,阐明了外加能场对激光熔覆过程中熔池及凝固组织的作用机理。最后对激光熔覆铁基合金涂层未来的发展方向进行了展望。     

高能束熔覆制备耐磨涂层技术研究现状与展望

耐磨涂层是指在材料基体表面涂覆具有高耐磨性的薄层,在保证涂层与基体之间具有足够的结合强度的同时,使基材表面达到耐磨的目的.高能束熔覆技术是一种高效、可靠的表面处理技术,在耐磨涂层的制备方面具有广阔的应用前景.从高能束熔覆技术、高能束熔覆制备耐磨涂层、耐磨涂层强化机制、耐磨涂层质量调控等四个方面,介绍了高能束熔覆制备耐磨涂层技术的研究现状.其中,在高能束熔覆技术方面,概述了以激光熔覆、等离子熔覆为代表的高能束熔覆的工作原理及特点.在高能束熔覆制备耐磨涂层研究方面,综述了Ni、Co、Fe基自熔性合金涂层及金属基复合涂层、梯度功能材料涂层的特点.在耐磨涂层强化机制方面,分析了涂层的磨损机理,同时讨论了添加硬质颗粒和元素对耐磨涂层性能的影响.在耐磨涂层质量调控方面,阐述了熔覆过程中工艺优化和数值模拟仿真对改善高能束熔覆技术成形工艺的作用.最后,总结了高能束熔覆技术在耐磨涂层制备上存在的问题,并提出了展望.