基于响应面的装备零件再制造激光熔覆工艺参数优化

为了优化装备零件再制造激光熔覆工艺参数,提高熔覆层的质量,选取激光功率(A),送粉量(B),扫描速度(C)为优化变量,将熔覆层高度(H)和宽度(W)作为响应指标,基于响应面分析法,利用Design-Expert软件设计中心复合实验,对实验结果进行方差分析,建立工艺参数相对于响应指标的回归预测模型。通过分析建立的摄动图与3D响应面,结果表明:激光功率与送粉量对于熔覆层高度和宽度的影响最为显著,同时送粉量与扫描速度、激光功率与送粉量的交互作用分别对于熔覆层高度和宽度有显著影响。装备零件再制造激光熔覆的最优工艺参数为:激光功率3.94 k W,送粉量60 g/min,扫描速度4mm/s。     

单道激光熔覆Inconel 625熔覆层尺寸预测

目的 准确预测激光熔覆Inconel 625熔覆层尺寸。方法 以送粉速率、扫描速度和激光功率为试验变量,以熔覆层的宽度和高度为评价指标,结合中心复合试验设计方法进行试验设计,开展单道激光熔覆试验,探究工艺参数对单道熔覆层尺寸的影响规律,并建立以工艺参数为输入、熔覆层尺寸为输出的BP神经网络模型,利用粒子群算法对BP神经网络模型进行优化,对比分析优化前后模型的预测效果。结果 激光功率对熔覆层宽度的影响最显著,其次是扫描速度,最后是送粉速率;扫描速度对熔覆层高度的影响最显著,其次是激光功率,最后是送粉速率;粒子群算法优化BP神经网络预测模型对熔覆层尺寸的预测精度较高,熔覆层宽度和高度的测量值和预测值之间的平均相对误差分别为4.238%和2.910%。结论 研究成果可以为激光熔覆Inconel 625熔覆层尺寸的调控和预测提供参考。     

Fe90合金激光熔覆工艺优化及性能研究

针对以18Cr2Ni4WA渗碳钢为材质的车辆典型零件磨损面激光再制造问题,采用Fe90合金粉末进行了失效零件的激光熔覆再制造工艺研究;以熔覆层为分析对象,通过SN比和方差分析获得影响熔覆层稀释率的显著因素为激光功率和送粉量,并给出了工艺参数与稀释率关系的定量袁征关系范围,综合组织、相组成分析了熔覆层具有较高硬度的原因....     

激光熔覆粉末粒径对熔覆层成形控制的影响

目的 揭示激光熔覆过程中TiC粉末粒径及工艺参数对复合材料熔覆形貌的影响规律,实现熔覆层成形控制。方法 采用响应面法中心复合设计模块分析扫描速度、激光功率、粉末粒径对复合材料熔覆形貌的影响,建立工艺参数及TiC粉末粒径与复合材料熔覆层面积、熔覆层高度、熔覆层宽度之间的数学模型,通过方差分析和模型检验验证模型的准确性。结果 激光功率对复合材料熔覆形貌的影响不显著,粉末粒径对熔覆面积影响最为显著,熔覆层面积随着扫描速度的减小和粉末粒径的增大而增大;粉末粒径对熔覆层高度影响最为显著,熔高随着粉末粒径的增大而增大,随着扫描速度的降低而减小;扫描速度对熔覆层宽度的影响最为显著,熔宽随着扫描速度的增大而下降,随着粉末粒径的增大而增大。结论 以熔覆面积最大及熔宽熔高最大为优化目标,对比预测值与实际值,熔覆层面积、熔覆层高度、熔覆层宽度的误差率分别为6.81%,3.9%,7.7%。该研究成果为提高复合材料熔覆形貌的预测与控制提供了理论依据。     

工艺参数对304不锈钢表面激光熔覆Ni基合金涂层的组织、耐磨性及耐腐蚀性的影响

研究了不同工艺参数对304不锈钢表面激光熔覆Ni基合金后熔覆层微观组织及硬度、耐磨、耐蚀性能的影响,并寻求最佳激光工艺参数,以期获得冶金结合较好,耐磨、耐蚀性能良好的熔覆层。根据组织与性能的综合分析可知,最优激光工艺参数为激光功率2.5kW、扫描速度4mm/s、送粉速率300mg/s。利用优化工艺参数熔覆后的熔覆层宏观形貌平整、光滑,熔覆层宽度为14.36mm,高度为1.612mm,熔池深度为0.248mm,稀释率为13.33,硬度较高,平均显微硬度为646.4HV,并且耐磨损性能较好,磨损量较低。此外,熔覆层的耐腐蚀性能也较好,自腐蚀电位为-286.77mV。在一定的激光工艺参数下,组织从结合区至熔覆层表层依次为平面晶、胞状晶、柱状晶、树枝晶、等轴晶。激光功率、扫描速度、送粉速率不同,熔覆层中组织粗细变化呈现一定的规律性:随着激光功率的增大,组织由细小逐渐变的粗大;随着扫描速度的增大,组织先变细小,然后变粗大;随着送粉速率的增大,组织逐渐变细小。合金的耐磨性与耐蚀性不仅与组织大小有关,而且与组织物相组成密切相关。     

基于PSO–BP–GA混合算法的激光熔覆工艺多目标优化

目的 为了提高镍基高温合金熔覆涂层的综合质量,提出了一种基于PSO–BP–GA混合算法的激光熔覆工艺优化方法。方法 选取工艺参数（激光功率、扫描速度、送粉速率）为优化变量、熔覆层质量（稀释率、显微硬度、热影响区深度）为优化目标,根据正交试验结果建立PSO–BP神经网络预测模型,采用线性加权法和层次分析法建立熔覆层质量的综合评价体系,结合GA算法探寻综合质量最优的工艺参数组合。结果 PSO–BP神经网络模型预测值与试验值之间的相对误差不超过6%,最优工艺参数组合如下：激光功率为2 158 W、扫描速度为10.4 mm/s、送粉速率为2.9 r/min,其熔覆层稀释率降低了70.4%、显微硬度增大了25.4%、热影响区深度减少了41.8%。结论 该算法为制备出高性能镍基高温合金熔覆涂层提供了一定的参考与借鉴。     

基于灰色关联分析激光熔覆Ni60A工艺参数优化

目的 针对激光熔覆Ni60A成形效率问题,研究工艺参数对单道熔覆效率和高宽比的影响规律,实现熔覆层工艺参数的预测与优化.方法 基于正交试验设计方法,采用信噪比对试验结果进行转换,并通过灰色关联分析多目标优化方法进行工艺参数优化.结果 最优工艺参数:激光功率为1900 W,扫描速度为8 mm/s,气流量为16 L/min...     

Ni基WC合金3D激光熔覆工艺研究

以正交实验规则设计3D激光熔覆试验来研究不同工艺参数对熔覆指标的影响,实验表明,WC添加量对熔覆层硬度、抗磨性影响最大,激光功率影响稍次之,激光扫描速度影响次之,送粉速度影响最小。对熔覆层组织分析表明,随WC添加量增多,更易生成CrB、W2B等硬质相,未分解的WC颗粒也越多,粘结相Ni枝晶越细小。激光熔覆Ni基WC合金涂层表面摩擦磨损特性表现为以磨粒磨损为主,塑性变形、粘着磨损和磨粒磨损相结合。     

激光工艺参数对熔覆层稀释率的影响

研究了自动送粉激光覆工艺参数对熔覆层稀释率的影响规律。结果表明,粉末流量大小是块定激光熔覆层稀释率的最主要因素,它通过产生“热屏蔽”效应得影响稀释率,激光功率,扫描速度也对稀释率有较大的影响。     

热锻模型面激光熔覆耐热耐磨覆层的试验研究

为了制备符合锻模使用性能要求的模膛型面耐热耐磨层,进行了在指定的W6Mo5Cr4V2基体上激光熔覆金属陶瓷Ni60／Ni-Cr-Cr2C2的试验研究。主要研究熔覆材料的成分构成,熔覆时的激光参数及所制备的熔覆层的物相、组织形貌及显微硬度分布。试验结果说明采用50％：50％的Ni60粉和Ni-Cr-Cr3C2粉做覆层材料,采用激光功率1．7Kw,扫描速度4mm／s,光斑直径为3mm,预涂厚度为0．6mm的激光熔覆工艺,可以得到组织细化硬度较高的激光覆层。说明激光熔覆金属陶瓷是制备热锻模膛表面强化层的一种有前途的方法。     

送粉式激光熔覆基础理论研究

首次提出并实验证明了送粉激光熔覆过程中,熔覆材料与基材表面同时被激光加热的观点。首次提出了激光热有效利用率、透光率、吸收透光能量线密度、有效送粉系数、局部稀释率等基本概念,并给出相应参数的实验检测方法,且成功地对其进行实验检测。首次建立了:①不同条件下熔覆材料颗粒半径与工艺参数、材料物理性能之间的关系式;②透光率计算数学模型;③理论吸收透光能量线密度P_m计算模型;④显微组织分析法检测透光率估算公式;⑤基体表面单位时间内吸收热量计算模型。首次发现有效送粉系数随扫描速度增大出现极大值现象是由熔覆材料加热温度和送粉器喷嘴宽度与激光束动直径的大小决定的。当两者尺寸相当时,熔覆材料粉将得到最充分的利用。首次提出用熔覆层界面附近硬度梯度曲线及拐点连线分析研究熔履层界面附近真实稀释率。首次提出送粉激光熔覆过程中熔覆材料与熔化的基材表面撞合模型,将熔覆层分为:基体侧扩散区、撞合互混区、熔覆层侧扩散区,指出基体侧扩散区的大小、熔池结晶时原子扩散能力和程度决定熔覆层与基体界面及附近的组织结构。并在此基础上采用显微组织分析和扫描电子显微组织、成分分析、透射电子显微分析、力学性能分析等方法,研究了工艺参数对熔覆层的组织、性能及熔覆层与基体结合界     

激光熔覆Co基合金/MoSi_2复合涂层工艺参数的优化

激光熔覆工艺参数对熔覆层的形貌及质量具有重要影响。利用激光熔覆技术,采用预置粉末法在304不锈钢表面制备高质量的Co基合金/MoSi_2复合涂层。通过对不同激光熔覆工艺参数下复合涂层宏观形貌以及微观组织的研究分析,较详细地探讨了激光熔覆功率对熔覆层熔覆质量的影响,得出激光熔覆Co基合金+20%MoSi_2复合涂层时的最佳工艺参数:功率2.2 k W,扫描速度8 mm/s,光斑直径5 mm。所得熔覆层的横截面呈组织致密的"月牙"形貌,且沿垂直于结合面的方向生长并逐渐细化。     

真空环境下TC4激光熔丝增材制造工艺实验研究

目的 针对TC4金属增材制造制备的零件质量差的问题,研究真空环境下不同工艺参数对TC4激光熔丝增材制造的影响规律。方法 通过单因素单道工艺实验,研究激光功率、扫描速度、送丝比等工艺参数对单道沉积层形貌、宽度和高度的影响。结果 当激光功率小于230 W时,得到的单道表面形貌较为良好,熔覆层与基板区域结合较好,而当激光功率大于230 W时,则会在初始段产生鱼鳞状缺陷。随着激光功率从150 W增大到230 W,单道截面宽度从0.582 mm增大到1.123 mm,增大了93.0%。单道截面高度从0.443 mm降低到0.351 mm,降低了20.8%。当扫描速度小于1.5 mm/s时,单道表面也出现了“鱼鳞”状结构,导致质量下降;当扫描速度从1 mm/s增大到5 mm/s时,单道横截面宽度从1.003 mm降低至0.887 mm,降低了11.6%,而单道横截面高度则从0.332 mm增大至0.353 mm,只增大了6.32%。在不同送丝比情况下,单道表面形貌都较为良好,且随着送丝比从1增大至3,单道沉积层的高度从0.308 mm增大至0.465 mm,增大了51.0%。结论 激光功率是影响单道沉积层表面形貌和横截面宽度的重要因素,而扫描速度对横截面宽度和高度的影响幅度都很小,其影响程度远不如激光功率显著,送丝比只对单道沉积层的高度影响显著。     

发动机用Ti600钛合金激光送丝熔覆参数优化及性能表征

为了改善发动机用Ti600钛合金表面性能,采用激光送丝熔覆工艺对其表面进行加强,并通过实验测试方法对熔覆工艺参数进行了优化。经过综合考虑确定参数范围:200 W激光功率、1.4 mm/s扫描速率、5 mm/s送丝速度。组织性能得到:最优参数下熔覆层在底层熔覆组织中形成了胞状外形的晶粒,中间由许多细长柱状晶组成,上部存在许多细小的等轴晶。热影响区形成了片状结构的马氏体组织,有许多残留的奥氏体结构。硬度测试得到:熔覆层的硬度最大,其次为热影响区,硬度最低的是基体区域,硬度变化范围介于720～910 HV之间。随着温度上升,热影响区硬度也表现为正比提高的现象,激光送丝熔覆能够对晶体缺陷起到一定的修复效果。     

脉冲CO2激光熔覆K403合金层工艺研究

在K403合金的基体上,采用脉冲CO2激光器熔覆Stellite合金,研究了脉冲激光峰值功率、扫描速度、脉冲频率和宽度对熔覆层的形状特征和熔合质量的影响。研究结果表明,随着脉冲激光的峰值功率、脉冲宽度、脉冲频率增加,或扫描速度降低,熔覆层的宽度、熔化深度和稀释率增加。采用高峰值功率脉冲激光熔覆可以获得无热裂纹且结合完整的界面。     

工艺参数对多道搭接等离子熔覆残余应力的影响

研究钴基合金多道搭接等离子熔覆在不同工艺参数下残余应力的分布规律,为后续残余应力的调控奠定基础。设计正交试验,采用等离子熔覆技术制备9组不同工艺参数下的单层多道钴基等离子熔覆样件,采用盲孔法对每个熔覆试件的残余应力进行测量,探究工作电流、扫描速度、送粉速度等工艺参数对残余应力的影响规律。结果表明:熔覆层表面存在大量残余拉应力。熔覆起点处的残余应力小于熔覆终点处的残余应力;沿搭接方向的残余应力小于沿扫描路径方向的残余应力。对残余应力影响最显著的工艺参数是工作电流。熔覆层残余应力随工作电流的增大不断增大,随着扫描速度的增大逐渐减小;随着送粉速度的增大,残余应力呈先增大后减小的趋势。     

激光熔覆原位合成TiC成形工艺参数优化方法

目的 针对激光熔覆原位生成TiC过程中成形质量差、优化手段少的问题,探究工艺参数对熔覆高宽比、稀释率和面积的影响规律,实现熔覆质量的预测与优化。方法 采用全因素试验对数据进行拟合回归,利用得到的数学模型进行方差分析,得到工艺参数对成形质量指标的作用规律,后通过NSGA–Ⅱ遗传算法进行多目标优化,并提出一种加权择优算法。结果 得到的优化工艺参数如下:激光功率为1 585.70 W,扫描速度为4.76 mm/s,粉末配比为1.02,验证试验所得实际值与预测值的误差均小于10%,证明了优化方法的准确性。结论 高宽比随着激光功率和扫描速度的增大呈现降低的趋势,高宽比随着粉末配比的增大呈现先减小后增大的趋势;稀释率与激光功率、扫描速度和粉末配比的交互作用呈现正相关;熔覆面积随着激光功率的增大而增大,随着扫描速度和粉末配比的增大而减小。研究结果能为激光熔覆原位合成TiC成形控制提供理论依据。     

等离子熔覆CoCrFeMnNi高熵合金涂层参数优化及组织与性能研究

采用等离子熔覆技术在Q235钢基体上制备CoCrFeMnNi高熵合金涂层,通过正交试验法优化等离子熔覆工艺参数。利用XRD、SEM、EDS、EBSD以及显微硬度计对优化后熔覆层的组织和性能进行分析。结果表明,工艺参数对熔覆层稀释率的影响程度由大到小依次为行走速度、弧电流和送粉气流量,对熔覆层显微硬度的影响程度依次为弧电流、行走速度和送粉气流量。综合极差、方差和熔覆层宏观形貌分析,选出最优工艺参数组合为:弧电流70 A,行走速度7 mm/s,送粉气流量8 L/s。在此工艺参数下,熔覆层表面无明显的宏观裂纹,但存在一些孔隙、微孔以及少量的偏聚物。熔覆层物相以类Ni的FCC相为主,各主元素在熔覆层表面分布均匀。熔覆层晶粒尺寸以小于10μm为主,占92.7%。小角度晶界取向差在5°以内呈集中分布,而大角度晶界取向差在15～55°之间呈随机分布。熔覆层的稀释率约为17.86%,熔覆层表面显微硬度分布较均匀,而截面显微硬度受组织结构的影响呈梯度变化。     

45钢表面激光熔覆Co基合金覆层工艺优化

以CoFeCrNiSiB系合金粉末作为熔覆粉末,在45钢表面制备合金覆层,对覆层的显微硬度、高温耐磨性和稀释率进行了实验研究;采用正交试验极差分析法确定了电流、脉宽和频率三个工艺参数对合金覆层显微硬度、高温耐磨性和稀释率的影响规律。结果表明:激光熔覆工艺参数对合金覆层内部显微硬度的影响程度由大到小依次为输出电流脉冲宽度脉冲频率,高温耐磨性影响程度由大到小依次为脉冲频率输出电流脉冲宽度,稀释率影响程度由大到小依次为输出电流脉冲频率脉冲宽度;优化的工艺参数为电流380A,频率4Hz,脉宽8ms和激光功率467W。     

激光二次扫描熔覆涂层组织演变规律及数值模拟研究

旨在研究激光二次扫描工艺对熔覆层组织(晶粒大小和晶粒形态)的影响,以确定最佳激光二次扫描功率.本工作建立了激光熔覆和激光二次扫描的温度场,提取了熔覆层关键节点的热循环曲线,与实验验证相结合,分析了峰值温度和散热能力对涂层组织生长变化的影响规律.结果表明:无论是激光熔覆阶段还是激光二次扫描阶段,随着其峰值温度和散热能力沿熔池中心从结合区到熔覆层顶部方向逐渐提高,涂层组织由平面晶逐渐向胞晶、柱状胞晶、枝晶和等轴晶过渡,且随着激光二次扫描功率的提高,熔覆层晶粒呈增粗增大的生长趋势,其中激光二次扫描功率为1200 W和1500 W时表现尤为显著,且二次扫描功率过大时,会加大基材的熔化区域,提高涂层的稀释率.而相比之下,激光二次扫描功率为900 W时,晶体组织的粒度相对细小且可以避免稀释率的增加.此外,经激光二次扫描后,滞留在熔覆层中的气孔获得再次上浮和释放的机会,熔覆层表面未熔化的粉末颗粒得到了充分的熔化,变得更加平整、光滑且富有金属光泽,顶部疏松结构得到了显著的改善,这不仅提高了涂层质量,而且可以缩短后续的加工周期,同时也能够节省一定的熔覆材料.