激光熔覆成形的熔池形貌及熔池温度研究综述

激光熔覆成形技术是一个涉及到光、粉、气多物理场耦合的复杂过程,其最小的成形单元熔池是整个累加制造的基础,熔覆过程中熔池的稳定能提高成形的尺寸精度和熔覆质量。通过工艺参数优化、数值模拟、在线监控构建闭环控制等方法,对熔池几何形貌、熔池温度进行控制,保证熔覆过程中熔池的几何形貌和温度的稳定,能有效提高熔覆质量。总结了近年来国内外关于激光熔覆成形的熔池形貌及熔池温度的研究现状以及发展趋势。     

激光熔覆成形过程中变形控制的研究综述

讨论了激光熔覆成形中工艺参数、扫描路径和温度变化的控制对变形的影响。综述了变形闭环控制的研究进展。最后对激光熔覆成形技术的发展趋势进行了展望。     

16Mn钢表面激光熔覆Ni60合金关键参数优化

采用ANSYS有限元软件对16Mn钢表面激光熔覆Ni60合金过程中的温度场进行数值模拟,分析激光熔覆工艺参数对温度场的影响,并以保证熔覆层质量的前提下,使基体表面得到较深的硬化层为目标,对激光功率和扫描速度两个工艺参数进行优化设计,得到了最佳熔覆参数;激光熔覆实验研究发现,优化后的工艺参数较为合理,实验结果也证实了数值优化结果的可靠性。     

Al-Si合金表面激光熔覆铝青铜合金的工艺研究

采用２ｋＷＣＯ２激光器，在无贵重气体保护激光熔池的条件下，开展了Ａｌ－Ｓｉ合金表面激光熔覆Ａｌ青铜合金的研究。探讨了激光工艺参数对熔覆层宏观质量影响的基本规律，获得了完整的工艺操作图；研究了扫描速度对熔覆层宏观形貌和显微硬度的影响；分析了自重式送粉条件下铝合金激光熔覆的作用过程和工艺操作图的成因     

铝表面激光熔覆陶瓷原理和工艺的研究

研究了激光熔覆陶瓷的物理过程，发现原来熔覆合金的模型不符合激光熔覆陶瓷的情况，提出了新的激光熔覆模型，研究了激光熔覆工艺参数对陶瓷涂层质量的影响，得出了获得良好涂层的工艺条件，在铝基体表面成功地获得了均匀致密的ＳｉＯ２涂层和Ａｌ２Ｏ３涂层，涂层内部致密无缺陷，涂层与铝基体结合良好。     

镍基碳化钨合金粉末激光熔覆工艺的研究

采用同步送粉方式在16Mn钢表面熔覆镍基碳化钨合金粉末.通过对不同激光熔覆工艺参数下的宏观形貌以及微观组织进行研究分析,较详细地探讨激光熔覆功率以及扫描速度对熔覆层熔覆质量的影响.通过对不同工艺参数下的熔覆层进行显微组织分析以及EDS能谱分析,对熔覆层微观组织种类、分布以及碳化钨硬质相组织分布不均匀性进行研究,总结出激光工艺参数对熔覆层的影响规律.最后得出镍基粉末+30％碳化钨(钴包WC)粉末在功率3.0kW、熔覆速度1000 mm/min的工艺参数下为最佳熔覆效果.     

钛合金单道激光熔覆工艺的研究

为获得钛合金单道单层激光熔覆的最优工艺参数,采用正交实验方法,进行激光熔覆成形试验。先找出激光功率、扫描速度和送粉速率对熔覆层几何尺寸的影响规律,再对比不同工艺条件所得熔覆层的表面及截面质量。通过对比分析,得到一组用于单道单层激光熔覆的最佳工艺参数组合,为以后激光熔覆成形试验提供了数据参考。     

自动送粉法激光熔覆的工艺操作图

使用自动送粉装置及２ｋＷ ＣＯ２激光器在Ｑ２３５钢板上进行钴基合金的激光熔覆试验，研究了激光熔覆过程中主要综合工艺参数对熔覆宏观形貌的影响以及激光熔覆临界状态与最佳状态间的联系，以此为依据建立了自动送粉法激光熔覆的工艺操作图。     

温度计算基础上的激光熔覆过程临界扫描速度的探讨

激光熔覆过程中,激光扫描速度是直接影响熔覆层质量的重要工艺参数,只有当激光扫描速度小于熔覆临界扫描速度时,才有可能实现熔覆过程.文中以熔覆层与基体交界处的点的温度计算为基础,分别利用传统经典焊接理论和有限元法对激光熔覆过程中的临界扫描速度进行计算.计算结果表明,有限元法得到的临界扫描速度更接近实际情况.     

正交设计法优化等离子弧熔覆镍基碳化钨涂层工艺

采用等离子弧熔覆技术在Q345钢表面制备镍基碳化钨涂层,采用正交设计优化等离子弧堆焊工艺参数,以熔覆涂层表面成形质量、稀释率和硬度值作为考核指标,借助极差分析和方差分析研究离子气流量、送粉速度、电流、熔覆速度4个工艺参数对3个指标的影响规律。结果表明：对熔覆涂层成形质量影响的程度大小依次为：电流>离子气流量>送粉速度>熔覆速度;对熔覆涂层稀释率影响的程度大小依次为：电流>送粉速度>离子气流量>熔覆速度;对熔覆涂层硬度影响的程度大小依次为：离子气流量>电流>送粉速度>熔覆速度。最优工艺参数是：离子气流量1.0 L/min,送粉速度18 g/min,熔覆速度5 mm/s,电流80 A。在此工艺参数下镍基碳化钨涂层成形较好,稀释率为5.2%,表面宏观硬度达到HRC62.8,具有较好的耐磨性。     

熔覆闭环反馈控制参数的分析研究

通过激光熔覆实验,分析得出了激光功率、扫描速度以及送粉率与熔覆质量的关系。为熔覆闭环反馈的算法提供了相关的参考依据,进而为熔覆闭环控制的广泛应用打下了基础。     

A camera based feedback control strategy for the laser cladding process

The developed feedback control system adjusts the laser power such that the width of the melt pool is kept at a user defined reference value. The system uses a CMOS camera and software algorithms to obtain the width of the melt pool. Using a discrete control filter, the required laser power to meet the reference melt pool width is determined. The control filter gain is designed such that the closed loop bandwidth of the cladding process is in the order of a few Hz. As a result, the closed loop system will effectively compensate for disturbances (such as heat sink changes and speed changes) within a second.     

激光熔覆熔池检测控制技术的研究进展

激光熔覆是近年来蓬勃发展的新型制造技术,很多研究试图从激光熔池的检测入手来提高激光熔覆工艺的自动化程度,进而提高生产效率。针对同步送粉激光熔覆工艺中熔池检测控制技术近年来的研究状况进行了综述。首先介绍了各种类型的检测设备及其安装方法;其次介绍了熔覆工艺参数对检测信号的影响及熔池检测信号同熔覆质量之间的关系;然后介绍了基于熔池检测技术的激光熔覆闭环控制系统;最后认为目前的熔池检测控制研究中,熔池中的有效信息还可进一步挖掘,以提高熔覆质量、自动化程度及生产效率。     

激光熔覆铁基合金涂层的研究进展

激光熔覆技术作为一种先进的材料表面改性技术,具有加工效率高、涂层稀释率低且与基体结合强度高、自动化程度高、环境友好等优点。在各类熔覆材料中,铁基合金在成分上与钢铁材料最为接近,且其成本相对较低,近年来在设备零部件表面强化和再制造领域得到广泛应用。结合国内外最新相关研究成果,从材料体系、工艺参数、外场辅助技术等方面对激光熔覆铁基合金涂层的研究进展进行了综述。总结了熔覆材料的选材依据以及铁基自熔性合金粉末、不锈钢粉末、铁基非晶合金粉末、铁基复合粉末等各类材料的特点和应用。系统讨论了激光功率、扫描速度、光斑直径、送粉速率等工艺参数对铁基涂层成形质量和微观组织及性能的影响机制,并介绍了工艺参数优化在高质量熔覆层制备中的应用。同时,论述了超声振动、电磁场、温度场等外场辅助技术在激光熔覆铁基合金涂层中的应用,阐明了外加能场对激光熔覆过程中熔池及凝固组织的作用机理。最后对激光熔覆铁基合金涂层未来的发展方向进行了展望。     

国外激光熔覆应用和直接熔覆金属零件及梯度材料制造

列举了国外激光熔覆在飞机发动机叶片、汽轮机叶片、汽车排气阀座和模具等工业应用实例。介绍了近年以激光熔覆技术为基础向更高层次发展的新成就———激光熔覆闭环控制直接制造出金属零件和梯度材料构件     

FEM modeling and experimental verification for dilution control in laser cladding

A model for the determination of the clad geometry and dilution in laser cladding is presented. The model uses a novel approach to determine the clad geometry. This involves a mathematical transformation of the balance equations describing the physical effects. The correlation between observable melt pool characteristics and dilution is investigated using this model. Simulations were performed for different combinations of cladding speed, laser power (distribution) and substrate temperature. Simulation results are compared to experimental results, showing a high degree of agreement. A high correlation between melt pool width and dilution was found, which was almost independent of the process settings and substrate temperature. This makes the width an excellent sensor for online dilution control.     

材料试验机的升级改造

通过WE-50材料试验机进行计算机辅助测试系统改造的实例,提出了对原有液压式和机械式材料试验机进行升级改造的技术路线和具体思路,论述了闭环伺服控制的设计方案,介绍传感器的选型和数据采集卡的使用要点,扼要阐述了软件总体架构以及在组态软件平台下开发的程序界面.     

基于虚拟仪器的泵控马达电液比例调速实验系统开发

针对现有泵控马达实验系统功能单一、不易二次开发等问题,开发了基于虚拟仪器的泵控马达电液比例调速实验系统。设计了泵控马达电液比例调速液压系统,匹配了系统参数,设计了基于虚拟仪器的测控系统,最后研制了该实验系统。该实验系统功能全面,界面友好,且易于二次开发,可开展泵控马达开环及闭环调速特性实验研究,有力地促进了电液比例控制技术的应用及人才培养。     

电火花线切割机恒张力控制系统的研究

为了提高电火花线切割机电极丝运动的平稳性,通常需要对其施加张紧力.张紧力的大小和张紧方式对加工质量、效率和断丝有重要影响.提出了一种新型的双贮丝筒走丝恒张力控制系统,该系统采用磁粉制动器作为张力执行元件,通过张力传感器检测张力,实现张力闭环控制.实验表明该张力控制系统对提高加工质量、减少断丝发生具有明显效果.     

飞机加油模拟系统设计及试验

以飞机加油系统要求的加油压力指标为输入,设计并研制了一套地面加油模拟系统及其控制系统,进行了试验台综合试验。采用旁路分流和串联节流的方式,基于电液伺服调节方法实现加油压力和流量闭环控制。上位机采用LabVIEW软件及信号调理系统完成数据的采集、处理和输出,利用PID控制算法实现过程控制。基于负载模拟和两路压力闭环控制通道切换的方法,使加油压力在地面得以稳压,在加油接头处具备良好的精度和稳定性。给出了几组阶跃响应和冲击响应试验曲线,结果表明:该加油模拟系统能够提供飞机要求的加油压力,其控制精度满足设计指标要求。