送粉式激光熔覆过程中激光有效能量的描述

为描述激光熔覆层质量与工艺参数之间的相互关系,在研究自动送粉激光熔覆过程能量分配规律的基础上,利用金相法检测的不同工艺条件下单道熔覆层的宏观参数,定量计算了L.C.Lim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,并系统地分析了影响因素。在激光参数恒定的条件下,单位质量熔覆材料的比能随送粉速率的增大而减小;单位时间实际输入的比能随扫描速度的增加而减小。对单位质量熔覆材料的比能随扫描速度的变化出现最小值的现象给出了合理的解释。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。     

送粉式激光熔覆激光热有效利用率的检测方法及其影响因怂

利用金相检测法,根据能量守恒,推导和计算了激光熔覆过程中单位时间激光热有效利用率,并分析了影响因素.结果表明在相同的送粉速率条件下,激光热有效利用率随扫描速度的增大而增大;在相同的扫描速度条件下,激光热有效利用率随送粉速率的增加而增大.对激光热有效利用率随扫描速度变化出现的最大值给出了解释.     

送粉式激光熔覆激光热有效利用率的检测方法及其影响因素

利用金相检测法 ,根据能量守恒 ,推导和计算了激光熔覆过程中单位时间激光热有效利用率 ,并分析了影响因素。结果表明 :在相同的送粉速率条件下 ,激光热有效利用率随扫描速度的增大而增大 ;在相同的扫描速度条件下 ,激光热有效利用率随送粉速率的增加而增大。对激光热有效利用率随扫描速度变化出现的最大值给出了解释     

送粉式激光熔覆稀释率的检测方法及其影响因素

为建立工艺参数与稀释率的关系,提出了送粉式激光熔覆过程中稀释率的概念,并推导出稀释率的表达式。利用金相法检测的熔覆层宏观参数、材料相关的物理参数和工艺参数对稀释率进行了计算,系统分析了影响因素。在激光功率和光斑尺寸保持恒定的条件下,稀释率随扫描速度的增加而减小,随送粉速率的增大而变小;对稀释率随扫描速度变化而出现最小值的现象给出了合理的解释。为进一步研究熔覆层组织凝固行为、工艺参数的优化奠定了理论基础。     

宽带激光熔覆粉末有效利用系数的分析

推导出激光熔覆过程中粉末有效利用系数表达式 ,并利用金相法检测的相关参数对粉末有效利用系数进行了计算。结果表明 :单位时间、作用时间、单位长度熔覆层粉末有效利用系数具有相同的方程形式 ,均随扫描速度的增加而增大 ,随送粉速率的增大而增大     

激光光内送粉仰面熔覆工艺研究及优化

利用激光光内送粉熔覆技术,在与水平方向成大于90的仰面基体下表面进行了单道熔覆实验研究。分析了仰角、保护气压力与光粉耦合处粉束直径之间的关系;研究了仰面姿态下熔覆层的宽度、高度以及熔池的流淌下垂趋势受激光功率、扫描速度的影响规律。研究发现,光粉耦合处粉束直径随仰角的增大而变大,随保护气压力的增大而减小。基体仰面与水平姿态下,工艺参数对熔覆层的宽度、高度的影响规律保持了较好的一致性;熔池在重力作用下,激光功率、扫描速度以及仰角的变化对熔覆层高度的影响更加显著;熔道顶点的偏移随激光功率的减小、扫描速度的增大和仰角的增大而逐渐增小。保持送粉量和离焦量不变,利用优化后的激光功率、扫描速度,以及保护气压力,获得了最大仰角达150、且具有较好尺寸精度和组织性能的激光熔覆立体成形件。     

激光感应复合熔覆界面特性研究

在送粉激光感应复合熔覆试验的基础上,研究了工艺参数对熔覆层与基体结合界面形态及组织结构的影响规律.研究结果表明,激光感应复合熔覆工艺参数对熔覆层与基体界面特性有显著影响.随扫描速度增加,界面形态由平直向波浪形变化;随送粉速率增加,结合界面的平直度增加;扫描速度和送粉速率对界面形态的影响随感应能量增加而减弱.感应作用促使结合界面由波浪起伏状向平直转变,且在界面处形成粗大的柱状树枝晶.     

送粉式激光熔覆层与基体间结合界面的特性

通过调整扫描速度、送粉速率、熔覆材料颗粒度进行了单道送粉激光熔覆实验,借助金相分析、扫描电子显微分析、透射电子显微分析,研究了工艺参数对送粉式激光熔覆层与基体间结合界面形态及界面附近组织结构的影响规律。     

激光熔覆熔凝过程等离子体光信号的监测

激光熔覆熔凝过程监测是激光熔覆层质量控制的方法之一。采用基模激光,以类似预置粉末的方式,在一定的工艺条件下对45#钢样件表面激光熔覆Ni60,并采用光电管传感器对此实验条件下熔覆再熔凝过程中产生的等离子体特征信号之一光信号进行检测,并分析了激光功率、扫描速度与等离子体蓝紫光信号强度的关系以及蓝紫光信号强度与熔覆层质量的关系。实验结果表明,在此实验条件下光强信号随激光功率增大而增大,但幅度不大。在激光功率未达到某特定值时,激光功率不变,扫描速度增加光强减小;当激光功率达到或超过此值后,激光功率一定时光强信号随着扫描速度的增加而增大;当光强信号处于1.7~2.5μW/cm2间且波动幅度较小时熔覆层质量好。分析表明当激光功率突破阈值后,扫描速度增加熔深变浅,用于材料气化的能量增加,因此蓝紫光强度增大。     

激光熔覆铁基合金粉末单道形貌及性能研究

为探究在45钢表面熔覆铁基合金粉末过程中,激光功率、扫描速度和送粉速率对熔覆层性能的影响规律,采用正交试验方案进行激光熔覆的单道成形试验。以熔覆层的宽高比、稀释率和硬度作为判断熔覆层性能质量的评价指标,通过极差分析判断各熔覆工艺参数的影响大小,再基于多目标优化算法得出最佳的单道熔覆工艺参数组合。试验结果表明：在一定工艺参数范围内,送粉速率是影响熔覆层硬度的主要因素,激光功率次之;扫描速度是影响熔覆层高度、宽度的主要因素;送粉速率是影响稀释率的主要因素。获得了最佳工艺参数组合,即激光功率2 056 W,扫描速度8.75 mm/s,送粉速率2.198 g/min,为45钢激光熔覆铁基粉末的工艺参数选择提供依据。     

H13钢表面激光熔覆层稀释率及强化效果研究

为了改善H13钢的表面性能,利用YLS-4000型光纤激光器在H13钢表面熔覆镍基涂层,采用正交试验法,对不同工艺下的熔覆层表面形貌、几何参量、稀释率、微观组织、显微硬度进行了检测分析。结果表明,激光功率最小而送粉速率最大时（P=1800W,v_f=1.0g/s）表面凹凸不平;激光功率和扫描速率最大时（P=2200W,v_s=25mm/s）表面出现裂纹;当稀释率η < 10%时,熔覆区平均硬度（大于800HV）为基体硬度（246HV）的3倍以上,强化效果显著;当稀释率η>25%时,熔覆区下部受熔化基体的稀释作用硬度较低;稀释率随着激光功率与扫描速率的增加而增加,随着送粉速率的增加而降低。通过调整工艺参量可获得表面平整光滑、组织致密、强化效果显著的熔覆层。     

Ni60激光熔覆工艺参量对涂层裂纹及厚度的影响

为了研究工艺参量对激光熔覆Ni60涂层裂纹及厚度影响,采用在45#钢基材表面熔覆Ni60合金粉末的正交试验方法,分析了影响裂纹产生的工艺参量的主次因素以及影响涂层厚度的主要因素,并对试验结果进行极差分析,获取了裂纹最少的最优工艺参量。结果表明,影响裂纹产生的主次因素为扫描速率＞送粉速率＞激光功率,裂纹最少的工艺参量为激光功率1400W,扫描速率4.0mm/s,送粉速率为1.0r/min,此时,在熔覆起始位置出现了一条短裂纹;对涂层厚度的影响程度主次因素为送粉速率＞扫描速率＞激光功率;经测量,熔覆层的硬度是基材的3.3倍,通过扫描电镜分析,涂层与基材形成良好的冶金结合,熔覆层晶粒组织均匀致密。该研究为Ni60合金粉末激光熔覆工程化应用提供了参考。     

Cr12MoV模具钢激光熔覆Fe基合金的组织与性能分析

为了进一步提高模具钢表面的硬度和耐磨性能,以Cr12MoV作为基体材料,利用2 kW半导体激光器,以同轴送粉的方式在其表面上熔覆高硬度的Fe基合金粉末。通过光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜分析熔覆层的组织形貌和物相;用显微硬度计测试熔覆层的显微硬度,用磨损试验机进行耐磨试验。进而研究激光功率、扫描速度和送粉量等工艺参数对熔覆层组织性能的影响,确定了最优化工艺参数。实验结果表明,使熔覆层的硬度和耐磨性较优良的工艺参数为:激光功率为1.2 kW,扫描速度为720 mm/s,送粉量为8.5 g/min。在此工艺参数下,熔覆层无裂纹、气孔、夹渣等缺陷,且显微硬度和耐磨性能得到显著提高,最高硬度达921 HV0.2,熔覆层的磨损失重仅为基体材料的25%,明显高于基体的硬度和耐磨性,这归因于熔覆层中存在V4C3、Cr23C6、Cr7C3等细小树枝晶。     

送粉式激光熔覆获得最佳熔覆层的必要条件及其影响因素

在分析自动送粉式激光熔覆过程中熔覆材料颗粒加入方式及其在激光束中的行为的基础上,建立热平衡方程,推导出反映熔覆过程实际情况的参数：熔覆材料颗粒尺寸、在激光束中运动距离、加热温度、激光功率密度之间的相互关系式等。指出在自动送粉式激光熔覆中能够获得最佳熔覆层的必要条件是：熔覆材料颗粒进入激光束后直到其落到基体材料表面之前,必须始终在激光束中。激光束沿着扫描方向必须有足够的宽度是满足上述条件的关键,同时提出其计算方法及公式,并阐明获得最佳熔覆层的工艺参数之间的匹配原则     

激光直接金属沉积工艺能效的田口试验研究

为了研究金属激光直接沉积工艺过程中工艺参量对工艺能效的影响,采用自主研发的HCX60五轴激光复合制造机床开展工艺能效田口试验,并对其结果进行了信噪比分析、极差分析以及方差分析,得到激光功率、送粉量、扫描速率、提升量以及搭接率对工艺能效的影响主次关系,提出了工艺因素优化组合。结果表明,送粉量对工艺能效的影响最为显著,最佳参量组合为激光功率P=500W,送粉量f=28g/min,扫描速率v=600mm/min,提升量h=0.6mm和搭接率λ=30%。这为研究增材制造工艺参量对工艺能效的作用及影响规律提供了理论借鉴和实验基础。     

激光直接金属沉积316L不锈钢表面粘粉工艺研究

为了探究激光直接金属沉积316L不锈钢的表面粉末粘附工艺规律, 利用高速摄像机分析粉末粘附类型, 采用单因素试验的方法, 定量研究了单道多层沉积中的送粉速率、送粉气流量和线能量密度对粉末粘附的影响规律。结果表明, 粉末粘附主要包括熔池熔液逸出和未熔粉末粘附两种类型; 随着送粉速率的增加和送粉气流量的减小, 薄壁件侧表面粉末粘附程度增加, 而粉末粘附程度则对激光线能量密度的变化不敏感; 激光功率700W、扫描速率700mm/min、送粉量13.54g/min、送粉气流量14L/min、离焦量+22mm时, 激光直接金属沉积薄壁件表面粉末粘附较少。研究结果能够成为改善316L不锈钢增材制件表面质量的重要依据。     

送粉激光熔覆ZrO2/Ni60复合涂层工艺与性能

采用送粉激光熔覆工艺分别制备了含 5 %和 10 %氧化锆陶瓷的强韧化镍基自熔合金涂层 ,考察了氧化锆含量 ,以及工艺参数对熔覆层组织结构与性能的关系 ,结果表明 :氧化锆掺杂涂层的组织特征取决于熔池的流动性 ,由于氧化锆的密度较镍基自熔合金的要小许多 ,因此在激光束提供的能量超过一定量之后 ,则会出现分层的组织结构 ,反之则可获得均匀的两相复合组织结构。最后给出了获得均匀组织结构的工艺方案