激光熔覆多道搭接成形及粉末利用率

针对曲面基体激光熔覆多道搭接成形质量及粉末有效利用率问题，采用响应面中心复合设计方法，构建工艺参数与响应输出之间的数学模型，分析工艺参数与多道搭接激光熔覆层平整度、稀释率和粉末利用率之间的影响关系，以获得多道搭接激光熔覆的最佳工艺参数。结果表明：平整度随着激光功率和气流量的增加而减小，随着扫描速度和搭接率的增加而增大；稀释率随着激光功率的增加而增大，随着扫描速度的增加先减小后增大，随着搭接率的增加而减小；粉末利用率随着激光功率的增加而增大，随着扫描速度和搭接率的增加而减小。以平整度大于0.75、稀释率为10%、粉末利用率最大为目标，并基于数学模型对工艺参数进行优化与预测，得到最佳工艺参数为激光功率为1.800 kW、扫描速度为7.000 mm/s、气流量为10.000 NL/min、搭接率为22.744%。以最佳工艺参数制备的熔覆层的平整度、稀释率和粉末利用率与模型预测结果的误差分别为4.645%、3.332%和6.140%,证明了模型多目标优化的准确性。     

激光熔覆多道搭接成形质量与效率控制方法

目的揭示激光熔覆工艺参数对多道搭接成形质量与效率的耦合作用规律,提高多道搭接熔覆层表面与内部组织质量及成形效率。方法采用响应面中心复合设计建立激光功率、扫描速度、气流量和搭接率与多道搭接表面平整度、熔覆效率及气孔面积之间的数学模型,通过方差分析及检验指标,验证了所建立数学模型的正确性。结果激光功率和气流量对表面平整度的值影响并不显著。表面平整度的值与扫描速度、搭接率成反比;搭接率对熔覆效率的影响较为显著,搭接率的增大使熔覆效率减小;四个工艺参数对于气孔面积都有不同程度的影响,适当增大搭接率和减小扫描速度可以减小熔覆层气孔面积。以表面平整度最好、熔覆效率最高和气孔面积最小为目标优化工艺参数,通过试验获得表面平整度、熔覆效率、气孔面积预测值与实际值的误差分别为1.36%、6.12%、7.89%,进一步验证了该模型的准确性。结论该研究成果为多道熔覆涂层质量、熔覆效率的控制与预测以及工艺参数的优化提供了理论依据。     

侧向送丝不锈钢光纤激光熔覆技术研究

采用由IPG光纤激光、KUKA机器人和HIGHYAG激光头组成的激光熔覆系统,研究在316L不锈钢基体上激光熔覆308L焊丝工艺。探究激光功率、送丝速度及扫描速度等工艺参数对熔覆质量的影响,确定相对占优的熔覆工艺。进而制备检测样品,观测熔覆层的微观组织、显微硬度和拉伸性能。正交工艺研究表明:采用目前的光纤激光熔覆系统确定的相对占优工艺为激光功率3 kW,扫描速度4 mm/s,送丝速度40 mm/s,成形效果最好;采用优化的工艺,在搭接率为50%时,可以制备出表面波纹均匀,平整精度高的熔覆层。     

镁合金激光-氩弧复合焊再制造熔覆成形工艺优化

目的针对镁合金零部件表面损伤和体积损伤的修复问题,采用激光-氩弧复合焊修复技术,通过对工艺参数的优化,制备出组织性能良好、缺陷少的熔覆层,形成相适应的优化修复方案,为镁合金高效修复提供技术支撑。方法采用激光-氩弧复合焊技术在ZM5合金上制备熔覆层,调整送丝速度、焊接电流、焊接速度、激光功率四种工艺参数,研究工艺参数对熔覆层成形性和尺寸的影响。结果送丝速度越小,熔覆层越光滑,呈现为扁平状,且熔宽、熔深较大。当焊接电流大于105A时,激光-氩弧复合焊的强度和焊接效果最好。焊接速度对熔覆层尺寸的影响很大,随焊接速度的增加,熔覆层向细、窄、小发展。当激光功率增加到400 W时,复合焊热输入提高,熔覆层铺展性增强。结论综合熔深、熔宽、余高的离差量,为得到成形性良好、尺寸较大的熔覆层,焊接速度应为5 mm/s,送丝速度应为23 mm/s,激光功率应在400~500 W之间,焊接电流应为120~140 A。     

工艺参数对激光快速成形TC4钛合金组织及成形质量的影响

通过改变激光快速成形过程中激光功率、扫描速度、搭接率、Z轴增量AZ等工艺参数，研究了各工艺参数对Ti-6Al-4V合金组织及成形质量的影响规律。结果表明：随着激光功率尸的提高，柱状晶的长度逐渐变短并转变为类似等轴晶的不规则晶粒；在相同的激光功率下，柱状晶的尺度随着激光扫描速度矿的增加变得细且长；当P／V值大于933W·s／mm时，晶粒呈现等轴晶形态。存在一个临界搭接率，当搭接率为30％时，成形件内部组织基本质量良好，只是在靠近基材区域有少量的熔合不良；如搭接率小于30％，两相邻熔覆道之间的搭接区将出现形状不规则的熔合不良现象。另外，△Z过小会造成重熔深度变大，层与层的结合处组织粗大；△Z过大时会造成层间熔合不良。     

扫描路径对单层激光熔覆层质量影响的研究

为探究四种不同扫描路径对熔覆层质量的影响,在TC4(Ti-6Al-4V)钛合金表面进行多道单层激光熔覆试验。熔覆粉末为Ni60A自熔性粉末,工艺参数为激光功率500 W、送粉电压10 V、扫描速度2 mm/s、多道搭接率45%,扫描路径为实验设计的四种不同的扫描路径:热搭接、两种不同方式的冷搭接和回形搭接。结果发现,在冷搭接和回形搭接的扫描方式下得到的熔覆层表面相比于热搭接平整度较差。热搭接得到的熔覆层表面最平整,平均洛氏硬度最高。冷搭接熔覆层显微硬度最高,而回形搭接熔覆层显微硬度最低。     

基于分形扫描的TC4合金激光立体成形研究

对分形扫描方式在TC4合金激光立体成形中的应用展开实验研究,探讨了分形扫描路径的成形特点,研究了激光立体成形工艺参数(激光功率、搭接率等)对TC4合金成形质量的影响,提出了分形扫描方式下消除熔合不良和孔洞的方法.研究发现,分形扫描方式下,TC4合金成形的主要缺陷为熔合不良和孔洞,其主要原因是分形路径拐弯处的沉积高度大于直线扫描时的沉积高度,从而使成形表面出现凹点;且随着激光功率的增加、搭接率的提高,TC4合金成形件的熔合不良和孔洞缺陷有所缓解,但是仍较明显.根据上述研究结论和分形扫描方式的成形特点,提出了"半光斑抖动"策略,即每层扫描起始点沿x、y方向偏移半个激光光斑,从而使上下两个沉积层形成的凹凸点相互叠加,有效地防止了成形表面质量的恶化.     

核电稳压器接管热丝TIG堆焊质量问题分析与改进运用

调查分析稳压器接管热丝TIG堆焊频发无损检测不合格事件,发现焊缝道间和层间未熔合是造成不合格的主要原因,进一步检查发现焊接工艺参数匹配性和过程控制存在问题。从焊缝成形、搭接量入手,计算和匹配焊接电流、送丝速度等工艺参数,优化调整焊缝搭接量,经工艺试验验证,优化后工艺参数及过程控制措施成功解决和避免了类似问题再次发生。提高了接管热丝TIG堆焊无损检测合格率,确保设备质量。     

超高速激光熔覆成形M2涂层*

为修复受损轧辊、提高轧辊使用寿命,利用超高速激光熔覆技术,在 9Cr2Mo 钢表面熔覆成形 M2 高速钢制备的涂层。 为提高熔覆层质量,设计正交试验与对比试验,并借助光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计,对不同扫描速度、激光功率、道次间距条件下熔覆层的宏观形貌、微观组织、显微硬度进行研究分析。结果表明,扫描速度对宏观平整度影响最大, 提高扫描速度、降低激光功率、增大道次间距可提高涂层平整度;确定最优工艺参数为：激光功率 1.5 kW,扫描速度 35 m / min, 道次间距 0.30 mm 的组合和激光功率 1.7 kW,扫描速度 35 m / min,道次间距 0.35 mm 的组合;熔覆层组织细小、成分均匀, 主要为等轴晶,晶粒边界出现网状碳化物;熔合线处晶粒尺寸较为细小,熔覆道中部组织相对较大,道次间熔合线下方组织粗化明显;制备的 M2 涂层显微硬度整体高于基体,且具有较好的耐磨性。     

基于激光填丝熔覆的Cr12MoV模具修复及性能表征

目的引入基体表面粗糙度作为激光填丝熔覆工艺参数,在Cr12MoV表面获得综合性能优良的熔覆层,研究激光功率、送丝速度、扫描速度和表面粗糙度对熔覆层形貌的影响。方法利用Nd:YAG脉冲激光在Cr12MoV基体上熔覆SDK11丝材,用于修复模具表面损伤。利用光学显微镜、SEM和EDS对熔覆层、热影响区微观结构和化学组成进行表征,通过显微硬度仪获得熔覆层纵向硬度分布。结果因为陷光效应,表面粗糙度对熔覆层形貌影响较大,随着粗糙度变大,激光吸收率提高,熔深和稀释率增加,高度降低。影响机理的本质是有效体能量E_v和比填丝率ω。当E_v为80～100 J/mm~3、ω为1～3时,可获得较为稳定的熔覆工艺,熔覆层由胞状晶、柱状晶和等轴晶混合组成,并且晶粒细小,存在硬质铬钒碳化物,可使硬度提升900HV,是基体的3倍。结论 E_v和ω可以作为关键控制工艺因素,在特定范畴内可以获得稀释率低的扁平熔覆层,熔合缺陷少,熔覆层硬度高,不存在明显软化区域。激光填丝熔覆可以达到模具表面缺陷修复的要求。     

基于响应面法的Inconel625镍基合金GTAW堆焊工艺优化

堆焊层稀释率和厚度是影响电弧堆焊质量的重要因素,它们是由各焊接参数相互影响综合作用决定的。文中通过中心复合设计试验方案,基于响应面法建立了Inconel625镍基合金GTAW堆焊参数（焊接电流、焊接速度、送丝速度）与响应值稀释率、堆焊层厚度之间的数学模型,分析了各焊接参数对稀释率和堆焊层厚度的影响,并对堆焊参数进行了优化。结果表明,文中试验条件下送丝速度对堆焊层的厚度有着显著的影响,焊接速度和焊接电流对堆焊层厚度的影响较小;焊接电流对稀释率的影响最大,而焊接速度的影响最小;焊接电流和送丝速度的交互作用对稀释率有着重要的影响。     

薄板2524铝合金激光填丝焊接工艺及组织性能

2524铝合金是具有优异损伤容限的新型航空高强Al-Cu-Mg合金.采用高功率光纤激光器焊接1.6 mm厚2524铝合金,研究了填充5087焊丝情况下,激光功率、焊接速度和填丝速度对焊缝成形、热裂纹倾向和焊缝显微组织的影响,优化焊接工艺参数,考察接头静态拉伸性能.结果表明,采用填充材料后,焊缝柱状枝晶生长方向性明显减小、晶粒细化、晶界共晶增多、热裂纹倾向降低.当激光功率为2.5 kW,焊接速度为2 m/min,填丝速度为2 m/min时,可获得成形良好、无缺陷的焊缝,接头抗拉强度达到313~324 MPa,拉伸断裂于接头熔合线附近,断口处有大量韧窝,呈韧性断裂特征.     

Microstructures and mechanical properties of bonding layers between low carbon steel and alloy 625 processed by gas tungsten arc welding

A filler metal wire, Alloy 625, was cladded on a plate of a low carbon streel, SS400, by gas tungsten arc welding, and the morphology of the weld bead and resulting dilution ratio were investigated under different welding parameter values (the input current, weld speed and wire feed speed). The wire feed speed was found to be most influential in controlling the dilution ratio of the weld bead, and seemed to limit the influence of other welding parameters. Two extreme welding conditions (with the minimum and maximum dilution ratios) were identified, and the corresponding microstructures, hardness and tensile properties near the bond line were compared between the two cases. The weld bead with the minimum dilution ratio showed superior hardness and tensile properties, while the formation lath martensite (due to relatively fast cooling) affected mechanical properties in the heat affected zone of the base metal with the maximum dilution ratio.     

激光热丝焊焊缝熔合比和焊缝深度方向的微观成分均匀性

以填充奥氏体不锈钢热丝的球墨铸铁焊接为例,研究了激光热丝焊焊缝熔合比和成分均匀性.结果表明,激光热丝焊熔合比小,为38%～55%;焊缝成分均匀性良好,焊缝Cr和Ni元素的不均匀度最高为0.5%和6%.与之相比较,激光-MIG复合焊焊缝熔合比为69%～77%;焊缝Cr和Ni元素的不均匀度最低也达到了62%和51%.激光热丝焊输入电能小且焊丝对输入电能的利用率高,因此能获得小的熔合比,而小的熔合比和焊丝以固态形式过渡进入熔池是焊缝成分均匀分布的原因.     

焊丝熔化方式对激光焊接过程的影响

研究了两种焊丝熔化方法(电弧预熔丝激光焊、激光填丝焊)激光焊接过程对匙孔稳定性以及焊缝成形的影响，进一步研究了焊丝熔化方法对焊接接头质量的影响，并对比分析了两种焊丝熔化方式对焊接速度的适应性. 结果表明，电弧预熔丝激光焊过程中，熔池表面匙孔开口尺寸变化不大，匙孔较为稳定；激光填丝焊方法由于熔化的液态金属距离匙孔边缘很近，焊接过程中熔池表面匙孔开口尺寸变化较大,而且容易出现熔池表面匙孔的闭合. 与激光填丝焊相比，电弧预熔丝激光焊熔化的焊丝端部可以沿熔池边缘流入，与匙孔边缘的距离较远，匙孔稳定性较好，焊缝气孔数量较少. 当焊接速度为8 m/min时，电弧预熔丝激光焊的焊缝成形良好；而激光填丝焊焊缝背面成形不连续，并且出现了未焊透的缺陷.     

不锈钢SUS 301L激光填丝搭接焊工艺

以接头形式0.6+2mm的不锈钢SUS 301L为对象,研究激光填丝焊激光功率、焊接速度、送丝速度3个主要工艺参数对焊缝成形、接头截面形貌及连接强度的影响规律。结果表明,随着激光功率的增加,焊缝熔深和熔宽增大,余高减小;随着焊接速度的增加,焊缝熔深、熔宽、余高均减小;随着送丝速度的增加,焊缝熔深和熔宽减小,余高增大。接头的最大拉力为14.43 k N,断裂在上层薄板母材中,焊缝强度大于母材。     

高速激光热丝钎焊表面成形质量的控制

高速激光钎焊会引起熔池流动紊乱导致焊缝成形质量恶化,从而限制了其在汽车制造领域的应用。通过正交试验研究了高速下激光功率、送丝角度等工艺参数对焊缝成形质量的影响,发现焊缝成形质量随激光功率增加和送丝角度减小而提升。激光功率是通过影响熔池获得的热输入,从而影响熔池表面扰动的铺展来影响焊缝成形质量的。送丝角度是通过影响焊丝送入熔池的位置,从而影响焊丝对熔池的扰动强度和扰动的铺展速度来影响焊缝成形质量的。采用正交试验获得的最优工艺参数组合进行试验,获得了表面光滑平整无缺陷的高质量焊缝,为激光钎焊在高速下的应用发展奠定了基础。     

Tri-arc双丝电弧焊堆焊工艺研究

采用三电弧双丝电弧焊,利用耐磨堆焊Fe-Cr-C-B系药芯焊丝作双丝,在Q235钢表面制备不同焊接工艺参数堆焊层,分析堆焊层熔合比、组织结构及耐磨性。结果表明:三电弧双丝药芯电弧焊堆焊可在较大范围调整焊接参数,获得较小的焊缝熔深、较低稀释率和较高的熔敷效率,耐磨性优异;当三电弧电流为150 A、电压30 V、焊丝伸出长度15 mm、送丝速度6 m/min、脉冲频率70 Hz时,堆焊层熔合比为0.07,堆焊层HRC为65,磨损量最小,耐磨性优良。     

基于Elman网络算法的Inconel625合金堆焊稀释率的控制

文中建立了5-8-3结构的反馈Elman神经网络模型,以电弧长度、焊接电流、焊接速度、送丝速度和保护气流量为输入量,堆焊焊缝的熔宽、熔高和稀释率为输出量进行堆焊仿真计算分析.计算结果表明,Elman模型的预测结果比BP和GRNN神经网络更精确.建立了以电弧长度（X）、堆焊电流（Y）和送丝速度（Z）为空间坐标,堆焊稀释率δ等于f（X,Y,Z）为目标函数的四维图像来确定δ≤5%的堆焊工艺窗口.分别进行Elman模型仿真计算和堆焊工艺试验,得到的稀释率δ分别为2.55%和3.32%,仿真计算的稀释率的相对误差约0.8%,证实了Elman模型预测的Inconel625合金堆焊工艺窗口的可行性与可靠性.