激光再制造技术工程化应用

介绍了激光熔覆技术和激光再制造技术的特点。激光熔覆技术是激光再制造技术的基础技术之一，具有结合强度高、热影响区小、热变形小、可控性好等技术特点，以激光熔覆技术为主要技术的多种加工技术同再制造产品相结合形成的激光再制造工程技术是再制造工程技术的重要组成部分，具有优质、高效、节能、节材、环保的基本特点，该技术的兴起和发展为我国重大机械装备和部分进口设备的修复和改造提供了新的技术手段。在我国，激光再制造技术广泛应用于石化、冶金、电力等行业。列举了激光再制造机械设备的典型案例，指出在我国开展重大装备的激光再制造，不仅具有广阔的市场前景，而且具有重大的经济效益和社会效益。     

高速动车组车轴的再制造可行性分析

通过对比分析电刷镀、热喷涂、堆焊以及激光熔覆四种再制造技术的特点和用于车轴再制造修复的现状,阐述了激光再制造技术作为新型制造技术的优势。从激光熔覆技术的设备和关键工艺、熔覆层的微观组织的特性、粉末材料的可开发性以及采用超声波消除残余应力手段等方面进行讨论和分析,说明激光熔覆技术用于高速动车组车轴的再制造是可行的。     

激光再制造技术工程化应用

介绍了激光熔覆技术和激光再制造技术的特点.激光熔覆技术是激光再制造技术的基础技术之一,具有结合强度高、热影响区小、热变形小、可控性好等技术特点,以激光熔覆技术为主要技术的多种加工技术同再制造产品相结合形成的激光再制造工程技术是再制造工程技术的重要组成部分,具有优质、高效、节能、节材、环保的基本特点,该技术的兴起和发展为我国重大机械装备和部分进口设备的修复和改造提供了新的技术手段.在我国,激光再制造技术广泛应用于石化、冶金、电力等行业.列举了激光再制造机械设备的典型案例,指出在我国开展重大装备的激光再制造,不仅具有广阔的市场前景,而且具有重大的经济效益和社会效益.     

基于激光熔覆再制造PDC钻头的机器人仿真分析

为了降低PDC钻头维修成本以及钻井周期,基于激光熔覆再制造技术,提出用机器人实现对钻头的再制造. 基于逆向工程,对PDC钻头进行数据采集,再对获取的钻头点云数据进行数据处理、三维重构,构造出与实体PDC钻头相同的三维模型. 利用软件Geomagic布尔运算得出工件缺损部位,在软件NX1899中利用等距平面族Γ与钻头修复部位相交,实现对曲面零件的路径规划. 对机器人末端焊枪修复PDC钻头轨迹进行仿真模拟,利用软件PQart模拟工作环境中工件相对于机器人的位置,实现对机器人的轨迹优化. 调整机器人末端焊枪位姿,提高修复后PDC钻头的表面性能. 验证了所述方法的可行性,为激光熔覆再制造技术修复复杂曲面提供了参考.     

基于激光熔覆的模具数字化快速修复技术研究

针对模具破损区域修复,提出了三维数字化再制造的技术方案,以CAD技术和激光熔覆技术为基础,实现了破损区域的三维修复轨迹建模、加工程序编辑和激光熔覆加工。并结合前处理工作,即激光熔覆参数调整试验、破损区域预处理和测量,以及熔覆后的机械加工等工作,完成了模具破损区域修复。     

预制坡口角度对激光增材再制造IN718合金组织与性能的影响

目的研究在激光增材再制造IN718合金过程中,不同预制坡口角度对其组织与性能的影响。方法利用激光增材再制造技术对不同预制凹槽进行逐层叠加修复,采用光学显微镜观察显微组织,采用扫描电镜观察断口形貌,采用维氏硬度计对再制造试样进行硬度测量,采用残余应力测试仪测量再制造后基体表面的残余应力,采用万能拉伸试验机进行拉伸力学性能测试。结果当预制坡口角度大于130°时,能得到无组织缺陷、成形质量良好的增材再制造试样;当预制坡口角度小于110°时,修复界面会出现熔合不良现象,且修复区内部会出现裂纹。预制大的坡口角度进行激光增材再制造试验能获得组织更加细密、硬度分布更为均匀的再制造层,且大的坡口角度能有效降低再制造试样基体的残余应力。增大坡口角度有助于提高再制造试样的塑性,随着坡口角度的减小,再制造试样的力学性能变差。结论在进行激光增材再制造试验时,不宜预制过小的坡口角度,应根据损伤情况预制坡口角度较大的凹槽,有助于增加再制造成形件的组织均匀性,提高其力学性能。     

磨损失效零件激光增材再制造性神经网络量化评价方法EI北大核心CSCD

针对现有激光增材再制造性评价方法主观性强、效率低等不足,提出一种失效数据驱动的磨损失效退役零件增材再制造性神经网络量化评价方法。根据磨损失效退役零件的激光增材再制造修复难易程度与失效模式相关的特点,以修复路径规划可行性、运动轨迹规划可行性、激光熔覆材料选择、再制造时长、再制造经济性为评价指标,构建磨损失效退役零件激光增材再制造性层次评价模型;通过退役零件失效区域的修复路径规划、修复设备运动轨迹模拟和碰撞检测进行修复路径可行性和运动轨迹可行性指标量化,并定义再制造时长、经济性指标的量化公式。以多个同类零件为对象,通过上述量化评价方法构建样本空间,基于神经网络训练获得再制造性神经网络量化评价模型,实现同类零件的快速激光增材再制造性评估。最后,以碎煤机端盘为例对所提方法进行验证,结果表明了该方法的可行性与有效性。根据失效数据与退役零件再制造性之间的映射关系,可实现磨损失效零件增材再制造性的快速量化评价,为其工程应用提供技术支撑。     

大族激光：乐观看待激光热处理和再制造服务前景

激光热处理和再制造服务业务前景辽阔，值得期待。激光热处理和再制造业务是结合高功率激光技术以及粉末冶金技术对加工物体进行表面加工处理从而改变物体表面成分结构及特性、提高物理性能、或修复失效及报废部件，使其恢复或超过原技术性能和应用价值的工艺技术。该技术服务在中国仍处于起步阶段，有利企业节省成本并符合环保节能潮流。该技术服务应用领域集中在钢铁、轨道交通、机械及电力设备领域，上述产业的生产设备具有投资金额大、     

工业和信息化部批准八项再制造标准立项

工业和信息化部印发2011年第一批行业标准制修订计划(工信厅科[2011]75号),批准激光再制造八项标准立项。这八项标准为:《激光修复轧机扁头套技术条件》、《激光再制造高炉     

模具修复再制造技术研究应用现状

模具逐渐向以大型、精密、复杂、长寿命模具为主要代表的高技术含量模具方向发展,在使用过程中不可避免地存在磨损、疲劳、小裂纹,甚至断裂等失效形式,从再制造角度出发探讨了目前应用于模具修复再制造的电弧堆焊、电刷镀修复、热喷涂、激光熔敷等技术,并展望了模具修复再制造的发展趋势。     

Effects of shot peening and laser remelting on oxygen-permeation treatment of titanium alloy

The influence of surface pre-treatments, shot-peening (SP) and laser remelting (LR), on oxygen permeation behaviors of titanium alloy TC11 was investigated. Optical microscope, SEM with EDAX, XRD, and microhardness tester were employed to characterize the microstructure, composition and hardness of this alloy. The results show that the surface roughness is increased by shot-peening, and the microstructure with fine-grain can be obtained by LR pre-treatment. The pre-treated samples were oxygen-permeated at (810± 10) ℃ for 10 h in atmospheric air. The outer layer consists essentially of TiO2, trace Ti2 N, Ti3Al and Ti3AlN for the SP pre-treatment and thin oxygen solution layer is found in the subsurface layer. As for LR pre-treatment, the outer layer consists mainly of TiO2 and small amounts of TiO, and the inner layer consists of alpha crystals, rich in interstitial atoms. Samples by LR pre-treatment has thicker hardened layer with higher hardness values in comparison with SP pre-treated ones.The boost diffusion of oxygen and hardening mechanisms were discussed based on the experimental results.     

Application of the Same-Stuff and Equal-Strength Laser Cladding Technology on the Repaired Semishrouded Impeller

0Cr17Ni4Cu4Nb powder was used to investigate the same-stuff laser repair(LR)technology on the semishrounded impeller.To improve the repaired effect,heat treatment was used after LR forming process.By means of optical microscopy,scan electron microscopy(SEM),micro-hardness tester and tensile tests,the microstructure of the coating was investigated and mechanical properties were measured.The experimental results show that cladding layer is well bonded to the substrate,the microstructure of the laser repaired zone(LRZ)is coarse martensite which will be refined after heat-treatment.The mechanical property experiments indicate that the micro-hardness and toughness would be increased after heat-treatment,the strength of LRZ after heat-treatment is 1050～1200 MPa,while the strength of normal laser repaired sample is 1000～1050 MPa.The refinement effect due to the heat treatment plays an important role in the improvement of the mechanical properties of samples.Overspeed examination and the real operation of the impeller after repairing also confirmed the reliability of this same-stuff and equal-strength laser cladding technology.     

Comparative study on dry sliding wear and oxidation performance of HVOF and laser re-melted Al0.2CrFeNi(Co,Cu) alloys

Al_0.2CrFeNiCo and Al_0.2CrFeNiCu high entropy alloys were deposited with high velocity oxygen fuel (HVOF) on 316L substrate. Later, a laser re-melting (LR) process was applied to enhancing the coating microstructure. LR process effects on dry sliding wear and oxidation behaviors were investigated. The mixture of powders with free elements led to the formation of inner oxides in HVOF coatings. The oxide and porosity were eliminated using LR. After LR, FCC was the dominant phase in both alloys, while BCC, sigma and Cr₂O₃ phases were observed in Al_0.2CrFeNiCo alloy. The hardnesses of the Al_0.2CrFeNiCo and Al_0.2CrFeNiCu coatings after HVOF were HV 591 and HV 361, respectively. After LR, the hardnesses decreased to HV 259 and HV 270, respectively. Although HVOF coatings were most affected by increased load, they showed the highest wear resistance compared to other samples. The lowest wear resistance could be seen in the substrate. After the oxidation tests, HVOF coating layer was completely oxidized and also, the coating layer was delaminated from the substrate after 50 h oxidation due to its porous structure. LR coatings exhibited better oxidation performance. Al_0.2CrFeNiCo was dominantly composed of Cr₂O₃, exhibiting a slower-growing tendency at the end of the oxidation tests, while Al_0.2CrFeNiCu was composed of spinel phases.     

TC4表面激光熔覆Ni60基涂层温度场热循环特性数值模拟研究

目的确定TC4钛合金激光熔覆的最优工艺参数,研究其热循环特性,分析激光熔覆温度对组织的影响规律。方法采用3D高斯热源,基于Sysweld软件平台,对TC4钛合金激光熔覆Ni60A-50%Cr3C2粉末过程进行数值模拟仿真,研究温度场云图及其热循环特性,模拟计算激光熔覆最高温度、加热速度和冷却速度,以及熔池最大深度和热影响区宽度,进行激光熔覆实验验证,结合熔覆层显微组织扫描电镜(SEM)图像,研究冷却速度对熔覆层组织的影响。结果由仿真可知,激光熔覆工艺参数中的光斑直径和送粉速度主要影响熔覆层的高度和宽度,对温度场分布起主要影响作用的是激光功率和扫描速度。激光功率为500 W,扫描速度为4 mm/s时,熔覆层区域熔化完全,与基体结合良好。激光熔覆最高温度为2700℃,最大加热速度约为2200℃/s,最大冷却速度约为1200℃/s,熔池最大深度在0.33~0.66 mm之间,热影响区宽度约为1.2 mm。模拟与实验得到的熔覆层截面形貌基本一致。不同冷却速度得到的熔覆层组织不同,随着冷却速度的降低,显微组织由短小的胞晶和树枝晶逐步转变为柱状晶、胞状晶和平面晶,最终形成淬火态的针状马氏体。结论最佳工艺参数为:激光功率500 W,扫描速度4 mm/s。冷却速度是影响熔覆层组织的重要因素,仿真模型的正确性及方法的可行性得到了实验验证。     

激光器(Nd:YAG)工艺参数对熔覆层组织的影响

研究了采用Al、Si和Al2O3混合粉对AZ91D镁合金表面进行激光熔覆的工艺和熔覆层组织。激光加工是在一个5 kW固体激光器(Nd:YAG)上进行的,研究了Si和Al2O3颗粒在熔覆层中的体积分数、分布、形貌及其组织。较系统地研究了激光工艺参数对其组织和熔覆层显微硬度的影响。结果表明,熔覆层的平均显微硬度比基体AZ91D的(HV0.0560~70)高很多,可达HV0.05210;并且,随着激光功率的增加,熔覆层的显微硬度下降,这种情况在较低功率(小于2 kW)时更为明显。给出了用Al、Si和Al2O3混合粉激光熔覆AZ91D镁合金表面适当的工艺参数和均匀的复合层组织。     

激光表面淬火对铬钼铸铁组织和硬度的影响

采用TH-3DC3000型激光加工系统对铬钼铸铁进行了激光表面淬火处理,研究了不同激光功率和扫描速度对铬钼铸铁显微组织、表面硬度及硬化层深度的影响。结果表明,经激光表面淬火后,铬钼铸铁的组织由硬化区、过渡区和基体3个区域组成,硬化区组织为隐晶马氏体、残留奥氏体和球状石墨,过渡区组织为隐晶马氏体、珠光体和球状石墨,基体组织为铁素体、珠光体和球状石墨。在激光表面淬火未对试件产生过热影响时,激光功率的增大和扫描速度的降低均会提升铬钼铸铁的表面硬度和硬化层深度。在5 mm×20 mm的矩形激光光斑下,确定最优的参数组合为激光功率2300 W、扫描速度0.003 m/s,采用该参数组合对铬钼铸铁进行激光淬火处理时,表面硬度为760 HV0.3,硬化层平均硬度为724 HV0.3,硬化层深度可达1.4 mm以上。     

The effect of process parameters and heat treatment on the microstructure of direct laser fabricated TiAl alloy samples

Gas atomized Ti48Al2Mn2Nb powders were used as a feedstock material for direct laser fabrication (DLF) of near net shape samples. The microstructures of these laser treated samples were characterized using optical, scanning (SEM) and transmission electron microscopy (TEM), both immediately after laser fabrication and after heat treatments. These characterizations have shown that the microstructure is extremely fine but inhomogeneous in comparison to the conventionally processed material. The process parameters such as laser power and scanning speed controlled the microstructural morphology. The laser-treated microstructure remained stable up to 973 K, but rapid grain coarsening occurred at 1273 K. A fully recrystallized, uniform microstructure was obtained after annealing at 1073 K for 24 h, with an apparent compositional homogeneity. Annealing in the phase field followed by air cooling and annealing in (₂+γ) phase region resulted in uniform microstructure. However, the microstructure was much coarser than the microstructure of the DLF samples.     

激光3D打印方法制备Nb/SiC体系梯度材料的微观组织及反应机理

采用激光3D打印的方法制备了Nb/SiC体系梯度材料,获得了从纯金属铌逐渐过渡到40%Nb+60%SiC(体积分数)复合层的梯度材料. 通过扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)和X射线衍射仪(XRD)分析了梯度复合层的微观组织. 结果表明,层与层之间结合良好,激光熔敷过程中铌和SiC之间发生了反应,生成了Nb₅Si₃,Nb₂C,NbC和NbSi₂等二元化合物,并且随着SiC含量的逐渐增加,梯度材料内部产物呈现如下变化趋势:Nb+Nb₅Si₃+Nb₂C+NbC→Nb₅Si₃+NbSi₂+SiC+NbC→NbSi₂+SiC+NbC. 当SiC含量达到30%时,梯度复合层中残留金属铌消失,且开始出现残余的SiC颗粒,随着原始SiC比例的增加,复合层中不仅残余SiC的含量增加,而且粒度也逐渐增大.     

AZ91D镁合金激光熔覆Al+Al_2O_3涂层的界面特征

在AZ91D镁合金表面激光熔覆Al+Al2O3粉末制得了复合涂层。用扫描电镜、高分辨透射电镜和原子力显微镜对涂层与AZ91D镁合金基体界面结合区生长形态和特征以及涂层中Al2O3粒子的分布进行了观察,用能谱仪对界面结合区的元素线扫描,用X射线衍射分析确定了涂层及基体中的相组成。结果显示,涂层中Al2O3粒子的分布是均匀的,结合区的生长形态为独特的平行树枝晶,其组织形态受激光工艺参数的影响。     

ZL108合金激光熔凝工艺的研究

用正交试验法确定了对ZL108活塞合金进行激光熔凝处理的工艺参数，如激功率，扫描速度，光斑直径等。通过试验验证确定了最佳工艺参数，并设计了新型吸收涂层，分别用SiO2涂层和w(Al2O3)=40%,w(SiO2)=40%,w(C)=20%,混合涂层涂敷的ZL108合金，激光处理后熔凝区溶度和熔凝区宽度符合技术指标，熔凝区显微硬度也有较大提高，这主要是由于组织细化和固溶化的缘故，这将有利于活塞性能的改善。