镍基合金光束粉末堆焊质量的研究

研究了堆焊工艺和材料对镍基合金光束粉末堆焊质量的影响规律。为获得优质堆焊层 ,预涂层的宽度必须小于光斑直径 ,较大的预涂厚度会导致堆焊层与基材结合不良 ,厚度较小时 ,因过高的稀释率使堆焊层宏观硬度显著下降。采用多层焊和多道搭接工艺可获得大厚度、大面积堆焊层。堆焊层横向裂纹、焊道边缘气孔及层间未熔合是多层堆焊时易产生的缺陷。大面积堆焊时 ,焊趾位置会因选择性润湿而出现未搭接。合理控制堆焊线能量、对前道焊缝的清理以及堆焊过程中加强对熔池的保护 ,是获得大厚度、大面积堆焊层的关键。在镍基合金中加入与其相互润湿的金属陶瓷相 (镍包WC) ,并控制其加入量可获得无缺陷的、更高硬度的复合堆焊层。     

激光切割过程辅助气体动力学性能的数值模拟

激光切割过程中辅助气体的动力学性能对切缝形成过程具有重要影响.利用VOF算法和深度自适应激光热源,建立了能反映切割过程中辅助气体和切缝之间相互作用的多相流模型,结合切割试验对模型的有效性进行了验证.采用多相流模型分析了从打孔到稳定切割过程中切缝形貌、辅助气体动力学性能和温度场分布.计算结果表明,在未切透阶段,受切割前沿形状和切割深度等的影响,辅助气体动力学性能不断发生变化;当切割过程稳定后,辅助气体流场几乎不发生变化,切缝形状和温度场也不再改变;所建模型能够有效反映辅助气体动力学性能对切割深度和切缝宽度的影响.     

不锈钢薄板高速激光焊驼峰焊道形成倾向及其影响因素

研究了SUS304不锈钢薄板光纤激光焊接时激光功率、焊接速度、保护气对焊道驼峰倾向的影响规律,利用Ti示踪元素和CCD图像,考察了熔池的流动状态.结果表明,焊道驼峰倾向对激光功率不敏感;当焊接速度超过18 m/min时,焊缝出现驼峰现象,且驼峰倾向随着焊接速度的提高而增大;当焊接速度和功率一定时,不同保护气流方向的焊缝驼峰倾向有明显差异,与焊接方向同向吹送保护气有助于降低驼峰倾向.分析认为,焊接速度的提高使熔池流动更加剧烈,进而增加了驼峰倾向;与焊接方向反向吹送保护气体,焊缝几何形状呈"柱状",与焊接方向同向吹送保护气体,焊缝的几何形状呈"杯状","杯状"焊缝增加了U形区域的截面积,降低了熔池流动的剧烈程度,进而降低了驼峰倾向.通过调整保护气流方向改变焊缝的几何形状以增加U形区域的截面积,是降低驼峰倾向的可行途径.     

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.     

CO2激光切割质量的视觉检测(Ⅲ)切割面粗糙度的同轴视觉检测

利用激光切割同轴视觉检测系统,获得了火花簇射的同轴视觉图像.证明该图像和侧面视觉图像一样,可以提取反映切割面粗糙度的特征信号在无缺陷区域,随着切割速度的变化,火花簇射同轴视觉图像不同亮度带像素数的极大值对应于最低的切割面近下缘粗糙度.     

钎剂成分对光束钎焊工艺性的影响

研究了光束加热条件下钎剂成分对薄板低碳钢钎焊工艺性能的影响。表明钎剂中石墨填加剂由于光束的辅助吸收使钎焊时间短，避免或减少了钎剂中有效成分的影响，明显改善Ｃｕ－Ｍｎ－Ｎｉ钎料对低碳钢接头间隙的填充能力，从而保证了良好的接头质量。     

铸铁表面Cr合金化层的微观结构及耐磨性能

采用聚焦光束重熔预涂单质Cr粉的方法对灰铸铁进行了表面改性处理,用SEM,EDS,Xray等分析了合金化层的微观组织特点及其物相组成,用环块摩擦试验测试了合金化层的耐磨性能。试验结果表明,聚焦光束重熔Cr粉合金化层的耐磨性较灰铸铁基体明显提高,合金化层的耐磨性随着Cr粉预涂量的增加而提高,表面磨损机制由犁沟和划伤转变为表面塑性变形。其原因在于,随Cr粉预涂量的增加,合金化层微观组织中的富铁α(Fe,Cr)+Cr7C3共晶体基底依次被富铁的α(Fe,Cr)+Cr23C6共晶体和富铬的α(Fe,Cr)铁素体取代。     

聚焦光束合金化工艺对合金化层成型及显微组织的影响

采用Cr,Ni单质粉末及B ,Si造渣剂以聚焦光束合金化方法在 4 5 # 钢表面合成了奥氏体型表面层。借助扫描电镜 (SEM) ,能谱仪 (EDS) ,X射线等方法研究了合金化工艺对合金化层的成型、显微组织及物相组成的影响规律。试验结果表明 ,当合金化元素加入量一定时 ,合金化层的成型及其显微组织不仅取决于热输入量 ,还与造渣元素B ,Si的加入量有关。为获得成型良好的合金化层 ,热输入量增加时必须提高造渣元素B ,Si的加入量。采用低热输入合成的合金化层的显微组织由大量的γ(Fe ,Ni)及少量的晶界α(Fe Cr)构成 ,而高热输入合成的合金化层中的γ(Fe ,Ni)晶界为γ(Fe ,Ni) +Cr2 B双相共晶     

聚焦光束堆焊铜基自熔合金过程中Fe3Si增强相的反应合成

利用Cu与Fe具有液相分离特性,以及母材与堆焊材料的冶金反应,采用聚焦光束堆焊制备了Fe3Si弥散分布的铜基合金复合堆焊层.采用X射线衍射、SEM、EDS及显微硬度分析等方法研究了堆焊层的物相组成和微观组织特征.实验结果表明,聚焦光束堆焊过程中,由母材熔化而进入熔池的Fe元素与熔池中的Cu合金呈液相分离状态,进入溶池的Fe由于密度小而上浮,上浮过程中与熔池中的Si反应生成Fe3Si.Fe3Si在堆焊层中弥散分布于α-Cu基体中,分布密度由堆焊层表面向下呈减小趋势.     

聚焦光束堆焊生成陶瓷颗粒增强的复合材料表层

研究了在碳钢表面光束堆焊生成陶瓷颗粒增强复合材料表层的可行性，考察了陶瓷颗粒物理性能及其加入量等对复合材料表层质量的影响规律。试验结果表明：陶瓷颗粒的密度及其与基体NiCrBSi合金间的润湿性对复合材料表层的成形有重要影响，与普通TiC及WC相比，由于WC/Ni及NiCrBSi合金的润湿性好，因此更适合用作以镍基合金为基的复合材料表层的颗粒增强相，在复合材料表层成形良好的前提下，增加陶瓷颗粒的加入量有利于复合材料表层宏观硬度的提高。