激光熔覆Ni-Wc技术修复破碎碾辊的工艺研究

本文叙述了熔覆Ni -Wc技术在修复烧结机破碎辊等方面的工艺应用。该工艺技术采用自重送粉法 ,在ZG35CrMo基体表面用圆光斑激光熔覆Ni-Wc复合涂层 ,在熔覆过程中严格控制激光功率、扫描速度、送粉量、光斑进给量 ,以及基材的温度 ,该工艺方法可有效的减少表面裂纹、气孔的产生 ,并能降低基体材料对熔覆材料的稀释 ,有效地提高熔覆层的硬度 ,耐磨性 ,延长破碎辊的使用寿命     

镀锌钢表面光纤激光宽带熔覆铝合金涂层研究

采用经整形的矩形光纤激光光斑和配套的宽带送粉装置,实现了在镀锌钢板表面熔覆AlSi12合金涂层.通过光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪观察熔覆层成形、缺陷以及金属间化合物层组织,结果表明熔覆层中的主要缺陷是裂纹.在熔覆层与母材界面处的金属间化合物层中发现裂纹,熔覆中的热输入量与裂纹长度成正比.通过增加激光功率或降低熔覆速度可以有效减小熔覆层中气孔的最大直径并减少气孔数量,熔覆层界面处组织为Al-Fe-Si系统金属间化合物.激光功率的降低或熔覆速度的增加,可以有效降低金属间化合物层最大厚度,采用适当的熔覆工艺参数控制金属间化合物层厚度,可以有效避免裂纹的生成.     

激光感应复合熔覆镍基涂层的裂纹研究

采用送粉激光感应复合熔覆技术制备了镍基合金熔覆涂层,研究了涂层的组织和裂纹行为.研究结果表明,镍基合金熔覆层具有很大的裂纹倾向,激光感应复合熔覆中工艺参数对裂纹形态有较大的影响,感应加热可以有效抑制熔覆层的开裂行为,感应能量的加入使熔覆层、热影响区和基体显微硬度有所降低.熔覆过程中主要产生残余热应力,随着感应能量的增加,熔覆层残余拉应力明显减小,当感应能量密度达到36J/mm2时,基体表面温度约为600℃,裂纹完全消除.     

激光快速成形过程中熔覆层的两种开裂行为及其机理研究

激光快速成形技术是在激光熔覆技术及快速原型技术的基础上发展起来的一项新的先进的制造技术,能够实现高性能致密金属零件的快速无模近终形制造。但是,如果成形条件控制不当,易于在成形件中产生裂纹、气孔、夹杂、层间结合不良等缺陷,而裂纹是成形过程中最常见、破坏性最大的一种缺陷。本文采用微观测试分析方法,深入研究了激光快速成形某些合金粉末过程中熔覆层的开裂行为及裂纹形成机理。研究结果表明,对于镍基自熔合金,熔覆层的开裂属于冷裂纹范畴,是熔覆合金的低延性及成形过程中热应力双重作用的结果。对于奥氏体不锈钢等材料,熔覆层的开裂属于热裂纹范畴,裂纹产生的主要原因是由于凝固温度区间内晶界处的残余液相受熔覆层中的热应力作用所导致的液膜分离的结果。     

双激光束熔覆过程平顶辅助光束对陶瓷涂层温度场的影响

在金属表面激光熔覆陶瓷材料过程中,过大的温度梯度产生的热应力易使熔覆层开裂。降低激光熔覆陶瓷材料过程中的温度梯度,一定程度上能够降低热应力,抑制裂纹缺陷产生。通过模拟计算Ti6Al4V基板上双激光束熔覆Al2O3涂层过程温度场的分布规律,提出采用能量均匀的平顶辅助激光束为熔覆过程提供预热缓冷的方法,通过改变平顶辅助光束光斑大小及功率密度,研究平顶辅助光束预热缓冷对熔覆层温度分布及温度梯度大小的影响。计算结果表明,平顶辅助激光束使熔覆过程出现明显的预热缓冷特征,能够有效降低熔覆层温度梯度。熔覆过程中Al2O3陶瓷塑性点(1533K)温度梯度随预热缓冷温度的升高而降低,但在预热缓冷温度升至塑性点附近温度时会引起塑性点温度梯度回升。实际加工中预热缓冷温度越高对加工过程越有利,但应避开塑性点附近温度。     

NiCrSiB合金高功率激光送粉熔覆裂纹形成的敏感因素

用 4 5k W高功率激光器对 Ni Cr Si B合金在送粉激光熔覆下裂纹形成的材料成分、熔覆工艺、微观组织等因素进行研究。实验表明 ,裂纹是由于熔覆层中大量的多种硬质相以及硬质相的不良分布形态所造成的高脆性 ,难以承受熔覆过程产生的较大拉应力所致。解决激光熔覆层裂纹问题的主要方向应是从工艺上降低熔覆过程的残余拉应力 ,同时从成分搭配和快速凝固特性上使得 Ni Cr Si B熔覆层微观组织中的硬质强化相细小均匀地弥散析出 ,保证熔覆层的高强度和高塑性     

激光熔覆耐磨合金的设计方法与原则

从介绍激光熔覆的本质特征出发,论述了激光熔覆过程具有的显著快速凝固特性,以及热应变性质不匹配组分的熔覆材料和基材等在快速凝固后的冷却阶段出现的拉应力是激光熔覆层出现裂纹趋向的主要要素。此外还论述了,由于激光熔覆层的应用属性不同,所采用的材料组分也应不同,其设计还要基于系统来考虑,如以提高基体表面层的耐磨损性能为目的,则熔覆层材料的设计就要考虑这个摩擦学系统的特性,从而定性地提出熔覆材料设计的方法与原则。     

新的多道搭接熔覆方法的初步研究

对熔覆过程中熔覆区产生裂纹的原因进行分析,提出了一种新的多道搭接熔覆方法。通过实验,获得了具有８个搭接区的较大面积的无裂纹激光熔覆层。     

氧化锆掺杂激光熔覆涂层成形、结构与增韧机制

本文利用氧化锆陶瓷在不同凝固成形条件下具有相结构变化的特点,将其作为激光熔覆涂层的增韧相.激光熔覆试验结果表明含氧化锆增韧激光熔覆涂层成形关键在于控制熔池熔体的流动性,低的激光线功率密度有助于分层现象的消除:扫描电镜和能谱分析表明氧化锆陶瓷在熔覆层中没有显著的富集,且点状弥散分布较均匀,同时XRD图谱证明激光熔覆层中氧化锆为单斜相结构,达到了利用氧化锆相变消除残余热应力裂纹的目的,从而可以解决激光熔覆裂纹产生的关键问题.     

Inconel 738激光熔覆层的裂纹控制方法

针对镍基高温合金激光熔覆过程中覆层极易产生裂纹的问题,在高温合金K438基体上激光熔覆Inconel 738合金粉,研究了熔覆层的开裂机理以及裂纹控制方法。裂纹由靠近基体端的过渡层产生并扩展到熔覆层,具有典型的沿晶特征,裂纹的形成主要与熔覆层中的热输入和低熔共晶相有关。从减少激光熔覆层中的低熔共晶相出发,通过优化激光熔覆工艺参数、添加适量Y2O3以及对基体进行同步冷却,可在一定程度上减少甚至避免熔覆层裂纹的产生。     

基于环形光光内送粉激光熔覆温度场的数值模拟

针对"光束中空,光内送粉"的激光熔覆工艺方法,利用Ansys软件的参数化设计语言(APDL)建立了环形激光光斑连续移动加载的激光熔覆模型。通过计算该模型,可以掌握环形激光光内送粉激光熔覆过程中温度场的分布规律。计算结果表明,采用环形激光束加载时,熔池的最高温度区域的形状呈现出"马鞍形"。在基体纵切面上,熔池的高温区域分布呈不对称的"W"形,且高温区域主要分布在光斑中心往后;在基体横截面上,熔池的高温区域分布呈对称的"W"形,熔池中心温度低,两侧温度高,通过基体横断面等温线的分布能够判断熔覆层与基体的结合情况。位于扫描路径中心位置的点在激光束扫过其过程中会经历迅速升温、降温、升温、再迅速降温的急冷急热过程,且第二次升温高于第一次的温度值;位于光斑内外环之间的点在激光束扫过其过程中只有一次升温降温的过程,温度分布较均匀。     

球墨铸铁的镍基合金环形光斑激光熔敷

利用环形光斑复合镜对千瓦级横流ＣＯ_２激光器光束进行变换,使光束由圆形变换为环形,用该光束对发动机曲轴常用材料──球墨铸铁进行了镍基合金激光熔敷,阐明了激光熔敷工艺、熔敷层组织结构及硬度特点,并在废弃曲轴上进行了初步试验。     

激光熔覆立铣刀的制造研究

采用同步送粉激光熔覆方法，在45#钢立铣刀坯材的刃带部位，熔覆一层钴基自熔合金作为立铣刀的加工刃。研究了激光熔覆工艺参数对激光熔覆层形状和开裂的影响，结果表明，熔层宽度的关键因素是激光的有效光斑尺寸，它是由激光功率密度与熔覆速度决定的；熔层高度的关键因素是粉末的线送粉速率，它是由送粉器的送粉速率与熔覆速度的比值决定的；提高激光功率可显著降低熔层开裂倾向。同时，薄的熔层形状可以降低熔层开裂的倾向。进行了激光熔覆立铣刀工装设备．和工艺研究；采用优化工艺，在45#钢铣刀坯材上熔覆成功无裂纹，成型良好、硬度分布满足使用要求的功能层；通过了国标GB／T122．4．3-90规定的立铣刀切削性能试验。以激光熔覆新工艺完成了立铣刀的制造。     

激光再制造三维运动光束头

基于激光制造技术相关理论，设计并制造了激光同轴转动三维运动光束头。分析了三维运动光束头工艺参数对熔覆效果的影响，并讨论了其在工业应用实验中取得的效果。结果表明，该三维运动光束头能绕竖直轴转动和水平轴摆动;在参数一定的条件下，随着光束头摆动角度的增加，熔覆效果越来越不理想，理想的摆动角度为0°～45°;配合送粉头的粉末流聚焦及焦点可调功能，该光束头可以实现曲轴、螺杆、叶片等复杂型面零件的制造和再制造。     

汽轮机汽蚀叶片的激光宽带熔覆修复

利用激光宽带熔覆技术对表面汽蚀的汽轮机叶片进行修复。采用同步送粉的方式进行自熔性Ni-Cr-B-Si合金粉末的激光熔覆,获得耐磨涂层。实验所用设备为TRUMPF-6000 CO2激光器,利用积分镜对激光束进行整形获得宽带激光束,借助扫描电子显微镜(SEM,LEO 1450)和能谱仪(EDS)对激光熔覆层进行组织结构及成分分析。研究结果表明,激光熔覆层硬度可达HRC45-50,高于其基底材料2Cr13的硬度(HRC35-40)。熔覆层的组织结构受到熔覆工艺参数的影响很大,采用最优化工艺参数形成的熔覆层结构均匀,与母材冶金结合良好,且无气孔或裂纹缺陷。     

塑料模具激光精密修复技术的研究

脉冲Nd:YAG激光熔覆技术是精密修复塑料模具最有效的方法之一，激光器的电压、电流、脉冲宽度、脉冲频率与激光的扫描速度、光斑直径等工艺参数直接影响着熔覆的质量。为了综合考虑各工艺参数的影响和简化工艺调整过程，提出了重叠率的观念，建立了重叠率的计算方程。分别采用预置熔覆法和手动送丝法在低碳钢基体上熔覆Ni基合金，获得了最佳工艺参数：单脉冲能量为6.7 J，重叠率为97.4%。利用扫描电子显微镜观察了手动送丝熔覆层存在的冶金缺陷，对其产生的原因进行了初步探讨。     

激光毛化加工新型调制斩光系统的设计

为了提高CO2激光毛化轧辊的质量，根据激光束扩束聚焦的特点，设计了一种新型激光束调制斩光系统。采用机械式调制斩光盘使激光束交替透射与反射到加工表面，达到先预热后毛化或双点毛化的效果。讨论了激光束的调制聚焦光学参数的选择方法，并结合实例进行了讨论。结果表明，通过对光腰位置以及散焦程度进行调节，可以获得合理的焦斑大小与能量密度。使用该光束调制装置加工的毛化轧辊表面具有各向同性和均匀一致的粗糙度，以及较高的耐磨性。     

激光熔覆同轴送粉喷嘴研制

针对现有送粉喷嘴粉末汇聚性差、出粉口容易堵塞以及受热变形的缺点,设计了一种四孔式同轴送粉喷嘴。喷嘴中央为激光束及保护气通道,沿中心锥孔轴向均布的4个小孔,为粉末通道。建立了数值计算模型,应用FLUENT软件对粉末通道不同出口形状和不同倾角条件下粉末流场情况进行数值模拟,选择最优方案。计算结果表明,在其他工艺参数一定的前提下,采用收缩出口与粉末通道倾角为70°时有利于改善熔覆成形效果。最后利用研制的送粉喷嘴进行粉末汇聚、激光熔覆成形等实验,验证该送粉喷嘴的实验效果。     

同轴送粉对激光熔覆组织的细化作用

选用Ni基自熔合金粉末和Co基自熔合金粉末,在低碳钢基材上分别进行预置粉末和同轴送粉激光熔覆试验。激光功率2.0kW,光斑直径2.0mm,扫描速率0.15～0.25m/min。对熔覆层显微组织分析表明,同轴送粉熔覆层明显比预置熔覆层组织细密(前者为2.5～4.0μm,后者为5.0～10.0μm),并且具有较好的耐热冲击性。显然这是很有实际意义的,因为同轴送粉比预置粉末更易于实现自动化和大面积激光熔覆。     

激光热处理光束优化系统

激光束的光强分布以及光斑形状对激光热处理硬化层性能影响极大,一般要求光强均布的矩形光斑或宽带光斑;但是光强均布的激光束不一定产生均匀的硬化层,目前的激光热处理光束优化装置得到的是中间厚,两边薄的月牙形分布硬化层.为了改善激光热处理硬化层分布的均匀性,在分析国内外激光热处理光束优化系统研究现状及存在问题的基础上,提出了光束优化系统的两种方案,激光扫描环形光斑和线形光斑.建立了两种光斑温度场的数学模型,模拟了温度场分布.从理论上说明了两种方案能够改善激光热处理硬化层分布均匀性.