送粉式激光熔覆热和熔覆材料有效利用率影响因素的研究

通过改变激光熔覆工艺参数获得相应的熔覆层并对其进行了细致的研究,对激光热有效利用率、熔覆材料有效利用率、熔覆层稀释率及有关界面问题进行了综合评述。找出了工艺参数对其影响规律,指出了送粉装置与工艺参数间的合理匹配能获得最佳的激光热有效利用率、熔覆材料有效利用率。同时,对搭接熔覆时的搭接率的确定原则进行了详细的评述。为获得良好的结合界面提供了实验证据,为制定送粉激光熔覆工艺规程提供了理论依据。     

送粉激光熔覆过程中熔覆轨迹及流场与温度场的数值模拟

提出了一种送粉激光熔覆中熔覆层表面形状及厚度的计算模型。将熔覆过程中固相区、两相区和液相区作为一连续介质，用非稳态固液相变统一模型来描述其流场与温度场，并采用固定网格移动坐标来处理带移动热源的流动与传热问题。能量方程用显焓表示，有关潜热的非稳态项与对流项均做为其源项处理。用Lambert—Beer定理和米氏理论计算粉末流与激光光束的相互作用，使模拟适用于送粉浓度较大的情形。数值模拟程序是在流体动力学软件PHOENICS基础上，通过添加源项、边界条件、熔覆层轨迹计算以及激光束和粉末流相互作用等相应模块实现。对钢基底上熔覆钴基合金Stellite6进行模拟所得到的计算结果与实验结果基本一致。     

送粉式激光熔覆熔池深度的分析模型及其影响因素

在分析送粉式激光熔覆过程中能量分配和粉末颗粒云对激光束衰减规律的基础上,通过建立能量平衡方程,推导出熔池深度与工艺参数之间的定量关系表达式,系统分析了影响熔池深度的因素。结合相关的物理参数、工艺参数和金相检测的熔覆层宏观参数,对方程进行了理论计算。同金相法实际检测的熔池深度相比,理论值高于实际值,两者反映的规律是一致的,客观地反映了激光熔覆中工艺参数和工艺结果之间的关系。在激光参数保持不变的条件下,熔池深度随扫描速度和送粉速率的增大而减小。为熔覆工艺参数的优化、熔覆层质量的评定和现场控制系统的设计提供了理论依据。     

光内送粉激光熔覆快速成形粉末利用率实验研究

应用自主研发的光内同轴送粉成形工艺与装置,进行了变参数条件下粉末利用率试验,与光外送粉工艺粉末利用率进行了对比分析,结果是新的送粉工艺其粉末利用率可达68%以上。     

激光熔覆载气式同轴送粉喷嘴关键参数的探究

以激光熔覆载气式同轴送粉喷嘴为研究对象,建立了三通道激光熔覆喷嘴的三维模型,运用计算流体动力学理论对激光熔覆送粉喷头关键参数进行了数值分析,基于商用计算流体力学(CFD)软件FLUENT对送粉通道不同倾角和送粉口不同直径条件下的粉末流场情况进行了数值模拟。分析与计算结果表明,在其他参数一定的条件下,选样送粉通道倾角角度70°和送粉口直径1.5 mm时,有利于改善激光熔覆效果,为CFD技术在流体机械分析中的应用提供了参考。     

送粉式激光熔覆工艺参数对熔覆层组织性能的影响

通过改变送粉激光熔覆过程中的扫描速度,送粉速度,基体预热温度等工艺参数,获得了意境熔熔覆层。探讨了工艺参数对熔覆层组织、性能的影响规律,提出了“用熔覆层横断面熔合 面联合会 近的硬度分析曲线上的拐点连表示熔覆层稀释范围”的新方法,方便了研究熔合界面问题和控制稀释率,稀释范围及熔覆层的组织性能。     

送粉激光熔覆工艺参数与熔覆层参数间的关系

从理论上推导出熔覆层参数与激光熔覆工艺参数间的关系式。论述了关于激光热有效利用率β、稀释率η的实验检测方法,并在给定激光功率Ｐ、扫描速度Ｖ、光斑直径ｄ下,通过调整送粉率Ｖｆ获得不同厚度的熔覆层,实际检测与计算理论值进行比较,两者吻合得很好。为分析问题方便,提出了能够反映熔覆层界面真实状况的真实稀释率η的概念。     

转镜参数对送粉式激光熔覆工艺过程的影响

从理论上分析了激光熔覆光源的形成原理及转镜参数对光源能量分布的影响 ,结果表明 ,在其它条件不变的情况下 ,随着转镜棱数m增加 ,激光熔覆光源长度减小 ;而转镜转速n越高 ,激光熔覆光源的能量分布越均匀。通过对不同转速条件下获得试样的金相组织、熔覆层尺寸和熔覆层硬度的分析测试 ,试验结果表明 ,熔覆层不同区域的组织形态随转镜转速的变化均有所变化 ;熔覆层宽度和厚度随转镜转速的增加而增大 ;熔覆层硬度随转镜转速的增加虽略有下降 ,但影响不大。     

送粉激光熔覆工艺参数与熔覆层参数间的关系

从理论上推导出熔覆层参数与激光熔覆工艺参数间的关系式。论述了关于激光热有效利用率β、稀释率η的实验检测方法并在结定激光功率Ｐ、扫描速度Ｖ、光斑直径ｄ下,通过调整送粉率Ｖｆ获得不同厚度的熔覆层,实际检测与计算理论值进行比较,得吻合得到很好。为分析问题方便,提出了能够反映熔覆层界面真实状况的真实稀释率η的概念。     

宽带激光熔覆F305粉热有效利用率的分析

利用金相检测法和能量平衡方程,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５条件下,激光热有效利用率随送粉速度的增加而增大。     

送粉激光熔覆中送粉速率对激光束与粉末流相互作用的影响

引入经典光学理论计算激光束与粉末流的相互作用，藉此研究了送粉速率对工件表面激光强度分布和不同位置颗粒温度的影响。计算结果表明：随送粉速率的增加，激光强度以及颗粒温度的最高值都显著降低：同时，激光强度分布和不同位置颗粒温度趋于均匀。由于对激光熔池中动力学过程的潜在影响，这些结果应在描述激光熔覆过程的数学模型中加以考虑。     

送粉式激光熔覆粉末有效利用系数的检测方法及其影响因素

利用金相检测法建立了送粉式激光熔覆过程中反映熔覆层宏观参数、工艺参数之间的相互关系的粉末有效利用系数的方程。确定了作用时间内粉末有效利用系数的计算方法,系统分析了影响粉末有效利用系数的因素。为定量描述熔覆层与基体材料在界面的结合状态,提出了冶金结合系数的概念。在激光功率、光班尺寸保持不变的条件下,作用时间内的粉末有效利用系数随扫描速度的增加而增大,随送粉速率的增加而增大。对粉末有效利用系数随扫描速度的变化再现最大值的现象给出了合理的解释。     

同步送粉铸铁表面大功率CO2激光熔覆工艺研究

采用２０ＫＷＣＯ２激光器及同步送粉熔覆技术,在球墨铸铁和灰口铸铁表面熔覆镍基和钴基合金,研究铸铁组织,合金粉末体系和工艺参数对熔覆层气孔和裂纹的影响。结果表明：熔覆支气孔的形成与铸铁组织,石墨形态有关,片状石墨灰口铸铁易产生气孔,而裂纹主要取决于所使用的合金体系,其中钴基司太立合金具有良好的抗裂性能,通过优化激光熔覆工艺参数,可以避免熔覆层裂纹和气孔的形成。     

表面熔覆工艺的成形特征及粉末有效利用率研究

目的针对激光熔覆层的表面形貌难以达到加工工艺要求和粉末利用率较低的问题,对激光熔覆铁基合金粉末中的工艺参数与成形特征的关系以及粉末的有效利用率进行研究。方法设计了激光表面熔覆试验方案,分别采用不同的工艺参数在45号钢基板上进行铁基合金粉末单道激光熔覆试验。采用正交试验法对每道激光熔覆试验的工艺参数与成形特性之间的关系进行研究。结果随着激光功率的增加,熔宽、熔深、稀释率均呈上升趋势,浸润角和熔覆层的高宽比呈下降趋势,粉末的有效利用率由12.9%上升到42.6%;随着送粉速度的增加,熔高呈现上升趋势,熔深呈现下降趋势,粉末的有效利用率由27.9%下降到14.7%;随着激光扫描速度的增加,熔宽和熔高均呈下降趋势,粉末的有效利用率先增加后下降。结论送粉速度的增加造成粉末有效利用率的降低,增加了激光熔覆的作业成本。适当增加激光功率不仅可获得更加良好的激光熔覆层形貌,也使得粉末有效利用率增加。在激光功率为450 W,送粉速度为9.6 g/min和激光扫描速度为390 mm/min的条件下,不仅可以使粉末有效利用率处于较高的状态,也可以获得良好的熔覆层形貌。以上研究结果对激光熔覆的应用具有指导性作用。     

送粉式宽带激光熔覆—搭接基础理论的研究

研究了大面积送粉激光熔覆搭接技术—搭接系数选择的理论依据,推导出搭接条件下粉末有效利用系数和稀释率的表达式,并利用金相检测出的熔覆层宏观参数及相关的物理参数对不同搭接条件下的粉末有效利用系数ε和稀释率η进行了计算。     

激光内送粉高速熔覆Cr50Ni合金稀释率及单道形貌分析

目的研究"光内送粉"正离焦高速熔覆Cr50Ni合金单道形貌及稀释率变化影响因素,制备耐磨、耐腐蚀绿色无污染的金属表面涂层,从而替代传统电镀。方法采用"光内送粉"正离焦新型耦合技术开展高速熔覆工艺试验,即在304不锈钢基体上制备Cr50Ni合金熔覆层。建立了光内送粉条件下粉末遮光模型,得出了送粉速率与粉末遮光率的关系,从而得到最终照射在基体上的激光能量,而激光能量密度与稀释率呈正相关,以此分析了不同送粉速率对熔覆层稀释率的影响,同时考察了不同离焦量对熔覆层稀释率以及单道熔覆厚度的影响,分析了最佳熔覆层的显微组织成分变化和硬度变化趋势。结果当扫描速度为9 m/min、离焦量为+1～+2 mm、激光功率为1.85 kW时,可获得厚度约为121～452μm、稀释率为12.9%～75%、硬度值为280～320HV的表面形貌较好的熔覆层。粉末粒子直径为50μm时,在16～32g/min送粉速率下,粉末遮光率为16.6%～33.1%。熔覆层底部的晶粒形态主要为明显的柱状枝晶,由于冷却速度快,进入熔池中的气体来不及逃逸,使得熔覆层内部存在一些微小气孔。结论 "光内送粉"正离焦光粉耦合新技术采用Cr50Ni合金材料,在激光功率为1.85 kW、送粉速率为28 g/min、离焦量为+2 mm、扫描速度为9 m/min的工艺参数下,可以获得理想的单道成形效果,实现高速熔覆。