板坯结晶器激光再制造技术

通过基材预处理、预热和激光熔覆工艺的优化设计,对多种熔覆粉末进行了对比性试验并制备相应的样件。通过对样件熔覆层的各种宏观现象和微观性能的测试分析,得出了大面积板坯结晶器激光熔覆的最佳熔覆粉末、熔覆工艺和工艺参数,为板坯结晶器的激光再制造提供了理论和实验依据。     

激光熔覆零件破损边界提取和形状还原研究

为了快速、准确地提取零件破损边界,直观地反映零件损伤的过程和结果并进行形状还原,更好地实现激光熔覆再制造修复复杂破损零件,依据激光熔覆的工艺特点对破损零件的缺陷类型进行划分,并对不同类型缺陷进行破损边界提取和形状还原方法的研究。提出基于曲率阈值和法矢夹角阈值的表面浅斑类损伤边界特征以及基于3-D比较的局部深层类损伤边界特征进行提取的方法,采用NURBS曲面对表面浅斑类损伤零件和传统曲面造型方法对局部深层类损伤零件进行形状还原,最后路径规划进行激光熔覆再制造修复实验验证。结果表明,此方法提高了其破损区域提取和还原的精度和效率,熔覆形貌波纹度较小。该研究为零件破损边界提取与形状还原在激光熔覆再制造的应用提供了理论基础。     

激光再制造技术熔覆工艺设计

介绍了激光再制造技术中的光束模式、表面预处理、熔覆过程、后处理等熔覆工艺种类及选择依据,对送粉方式、预热处理等熔覆工艺方式进行理论和实验研究,为激光再制造技术的熔覆工艺设计提供了依据。     

铁路车辆车钩再制造激光表面熔覆温度场有限元分析

激光表面熔覆作为一种再制造技术手段被应用于零件表面的修复和强化.针对以激光表面熔覆为主要工艺的铁路货车易磨损零部件车钩的再制造,以有限元方法模拟熔覆过程中熔覆区和基体的温度场.在研究激光表面熔覆数值模拟的热源模型、相变潜热以及网格划分等相关技术的基础上,模拟分析激光束与圆柱内孔表面不同夹角时,预置式激光熔覆和同步送粉式激光熔覆温度场变化,进行对比.模拟结果符合激光表面熔覆的基本规律,可应用于车钩再制造过程中的激光表面熔覆工艺的预估与设计.     

激光再制造工艺参数的研究

基于大量工艺实验,从激光再制造技术众多工艺参数中提取六个对保障激光熔覆效果和熔覆层质量起关键作用的工艺参数,分别进行了理论和试验研究,给出了每个工艺参数的选取原则,为激光再制造技术的推广应用提供了理论和实验依据。     

激光熔覆再制造复杂轴类零件的轨迹规划

对于复杂轴类零件的激光熔覆再制造,实现轨迹规划及自动编程较为困难。针对这种情况,结合逆向工程与轴类零件再制造的特点,完成了基于非均匀有理B样条（NURBS）曲线的复杂轴类零件表面逆向。提出了面向激光熔覆再制造的NURBS曲线等弧长插补方法并设计了一种基于Romberg求积公式的牛顿迭代数值算法。开发了6自由度关节机器人的轨迹规划及辅助编程程序。对实验零件熔覆层金相组织、厚度、显微硬度进行了测试和分析。结果表明,熔覆层与基体形成冶金结合;熔覆层厚度均匀,在光束最大倾斜至水平夹角42时,熔覆层厚度比最厚处减少0。034 mm;显微硬度明显高于基材。证明了这是一种可靠的激光熔覆再制造方法。     

激光熔覆工艺参数对金属成形效率和形状的影响

针对激光熔覆再制造装备零件的快速高效熔覆成形及其控形问题,采用1kW全固态激光器和铁基合金粉末进行了不同激光线能量和送粉量下单道熔覆对比实验,研究了激光功率、激光扫描速度和送粉量等主要工艺参数对熔覆线形状尺寸和金属成形效率的影响.结果表明:熔覆线的宽度是光斑直径、激光功率、激光扫描速度和送粉量的函数,随激光功率增加和激光扫描速度降低,熔宽增加;随送粉量增加熔高增大.成形效率随工艺参数变化具有复杂的变化趋势,随激光线能量增加和送粉量增加,成形效率一般增高.在合适的参数范围内,需要对工艺参数进行优化以获得较高的成形效率.     

基于绿色再制造的火车车钩裂纹激光修复和表面强化

车钩是铁路车辆的关键部件之一,钩尾销孔承载面产生的裂纹是其主要失效形式.为了实现对车钩的绿色再制造,文中通过实验研究了激光熔覆技术在车钩裂纹修复方面的应用,并分析了熔覆材料的硬度分布、耐磨性、低温冲击韧性以及结合区域的微观组织特征.实验结果表明,熔覆材料与基体实现了冶金结合,硬度分布合理,耐磨性和低温冲击韧性都比母材有了较大提高,为开展产业化的绿色再制造奠定了基础.为了防止新造车钩出现裂纹,提出了一种新的激光淬火工艺,替代原有的中频淬火工艺,实验结果表明,激光淬火的硬度和耐磨性都比中频淬火有较大提高,而且兼顾了车钩总体的力学性能,可以在实际生产中应用.     

激光熔覆快速制造金属零件研究与发展

论述了激光快速直接制造的国内外研究和发展现状,介绍了激光快速制造金属零件的方法,重点说明了基于激光熔覆的快速制造技术和激光制造技术涉及的关键问题:精密高质量同轴送粉熔覆系统、激光熔覆的工艺优化与稳定性和激光熔覆过程的检测与闭环控制。展示了激光熔覆快速制造的典型金属零件和应用领域。提出了激光熔覆制造进一步研究的方向。     

曲轴轴颈损伤表面的激光熔覆再制造修复

为了实现发动机曲轴的激光熔覆再制造修复,采用激光熔覆技术在曲轴材料45#钢样板表面制备铁基激光熔覆层,研究了熔覆层的性能,利用光学显微镜和显微硬度计进行了熔覆层金相组织观察和硬度测试。试验结果表明,熔覆层与基体结合良好,且熔覆层硬度为基体硬度的2~3倍;为了使曲轴在绕主轴颈旋转情况下对多拐曲轴连杆轴颈进行激光熔覆,提出了在连杆轴颈表面获得连续均匀熔覆层应满足的条件,并在满足这些条件的前提下,推导出了激光熔覆曲轴连杆轴颈过程中激光束与转动轴颈的运动轨迹和相对速度之间的关系模型,通过试验,验证了轨迹模型的可行性。     

自由曲面熔覆路径的点云切片算法研究

为了解决复杂曲面熔覆过程中路径规划的难题,采用了基于点云切片法生成熔覆轨迹的算法,运用逆向技术完成零件的反求,提取模型的点云数据;并以切平面与点云带宽平面的交点确定激光束扫描轨迹,根据等弓高误差法确定加工点,对路径模拟仿真;然后以45#钢作为试验基材,在表面熔覆一层铁基粉末,进行自由曲面零件的激光熔覆路径规划研究。结果表明,使用显微硬度仪测得熔覆层硬度稳定在390HRC,为基材的1.6倍左右;熔覆层组织均匀、结构致密、无明显气孔及裂纹,与基材形成了良好的冶金结合。该方法熔覆结果良好,验证了轨迹规划的可行性。     

激光熔覆研究现状与发展趋势

通过对国内外对激光熔覆技术研究现状,概括了国内外激光熔覆在熔覆特性、不同材料与基体组合的激光熔覆工艺及参数、激光熔覆层的微观组织结构和金相分析、熔覆层缺陷以及激光熔覆基础理论,激光熔覆专用材料研制、激光熔覆过程裂纹形成与消除机制、激光熔覆过程关键因素的检测与控制、激光熔覆送粉器和喷嘴、激光熔覆制备新材料、激光熔覆快速成形与制造技术等领域的研究现状.分析指出激光熔覆过程是一个多源耦合复杂信息作用下的加工过程,激光熔覆加工过程稳定性、多源耦合复杂信息的作用规律及决策机制、多源耦合复杂信息的获取处理、融合能力及小确定信息处理和激光熔覆多源耦合复杂信息优化控制以及激光熔覆加工质量的定量控制是今后的主要发展方向.     

基于温度场评估的激光熔覆顺序决策方法研究

为了在激光熔覆再制造过程中得到更优的激光熔覆顺序选择决策方法,采用有限元法对平面基材多道激光熔覆传热学模型的温度场瞬态解进行了理论分析,并利用基于热电偶的测温系统验证了整个数值模拟过程的可靠性。提出了一种评估选择法,即利用数值模拟来分析和评估基体瞬态温度场,根据评估准则选择熔覆过程激光扫描顺序的轨迹优化方法。结果表明,取得单向逐次和评估选择样件的实验硬度数据分别为625.38HV,620.58HV,623.34HV,680.09HV,673.58HV和683.01HV,变形均值为0.9722mm和0.6458mm;评估选择法有最均匀的温度场,熔池周围有最大的温度梯度,其能产生较大的熔覆层硬度及较小的组织尺度,同时测量变形较小。该方法为激光熔覆的顺序选择提供了重要的参考价值。     

激光熔覆工艺修复轧辊技术研究

近年来,激光表面处理技术在轧辊表面处理上应用广泛,文中以轧辊为主要对象,研究激光熔覆工艺在棒材轧辊表面的应用,并对激光熔覆工艺参数进行了讨论。针对激光修复轧辊加工过程中,熔覆质量难以控制的问题,采用改变激光功率、扫描速度、送粉率等激光熔覆工艺参数的方法,通过试验得出工艺参数在激光功率3.7 kW、扫描速度6 mm·s^-1、送粉量19 g·min^-1、搭接系数在40%时,激光的熔覆效果最好。对修复好的轧辊跟踪作业,单槽轧钢量较熔覆前提高了近1倍,经济效益可观。     

镁合金表面激光熔覆技术的研究进展

综述了镁合金表面激光熔覆技术的研究进展状况。介绍了镁合金表面激光熔覆工艺特点和工艺方法;阐述了工艺参量对熔覆层性能的影响;总结了当前镁合金表面激光熔覆的主要材料体系及其熔覆层的组织和性能;展望了镁合金表面激光熔覆技术今后的发展方向。     

负热膨胀材料及其在激光熔覆中的应用

激光熔覆是一种典型的表面改性技术,已得到了广泛的应用。在激光熔覆快速冷凝过程中容易产生热应力,进而产生变形,严重时会产生裂纹、失效等缺陷。负膨胀材料是指在一定温度范围内材料体积出现热缩冷涨行为的材料,和热胀冷缩材料正好相反,负膨胀材料的发现为解决材料在受热时出现膨胀变形和失效提供了处理方法。正确的使用负膨胀材料可以抑制激光熔覆加工中的裂纹和热应力集中等缺陷,提高熔覆层的机械性能,产生热膨胀可控的材料甚至零膨胀材料。本文分析了激光熔覆中裂纹产生的机理,对负膨胀材料的种类及负膨胀的原理进行了总结,对每种负膨胀材料产生负膨胀行为的条件进行了对比和分析,负膨胀材料的膨胀系数和产生负膨胀行为的温度区间会影响在激光熔覆过程中的使用。重点对国内外已经实验验证的负膨胀材料在激光熔覆中的应用进行了总结概括,提出负膨胀材料在激光熔覆中存在的一些普遍规律,以及现阶段负膨胀材料在激光熔覆应用中的不足,对负膨胀材料在激光熔覆中的应用进行概括和展望。     

激光熔覆修复技术参数模拟优化分析

为提升激光熔覆修复技术的性能,提出激光熔覆修复技术参数模拟优化方法。通过分析激光熔覆技术工作原理及类型,确定激光熔覆修复技术参数。确定激光熔覆修复技术参数,引入BP神经网络方法,构建熔覆层形貌和激光熔覆修复参数之间的模型预测。采用粒子群优化算法,优化构建的激光熔覆修复参数预测模型,实现激光熔覆修复技术参数模拟优化。仿真结果表明:采用本方法对激光熔覆修复技术参数进行优化后,激光熔覆修复的效果较为理想,明显提高了激光熔覆修复技术的工作效率。     

激光扫描速率与熔覆层组织性能的规律研究

为了研究在激光熔覆修复工艺中，激光扫描速率对最终形成的熔覆层性能的影响，采用同步送粉法，利用激光熔覆工艺在QT500球墨铸铁上制备了不同扫描速率下的镍基合金熔覆层样本；利用金相显微镜观察熔覆层的显微金相，并使用显微硬度计对熔覆层显微硬度进行了测定与分析，取得了熔覆层样品的硬度、显微金相组织以及样品稀释率等数据。结果表明，在其它条件不变下，随着激光扫描速率的增加，熔覆层组织更加致密、均匀，熔覆层的平均显微硬度得到了显著提高；以激光功率为1.9kW、扫描速率为5mm/s、光斑直径为4mm等参量得到的熔覆层组织与性能最优。此研究对激光熔覆表面强化工艺中合理选择工艺参量提供了理论依据。     

激光熔覆过程中裂纹在线研究

激光熔覆层中的裂纹一直是一个限制其工业应用的难题。本文首次提出利用声发射技术在线检测熔覆及冷却过程中裂纹的发生和扩展,对三种熔覆粉末的裂纹信号进行分析比较,得出随熔覆层面积厚度及冷却速度的增加,裂纹数增大。多数裂纹产生于熔覆过程,个别在冷却过程。裂纹走向以垂直于激光扫描方向为主,裂纹起源为熔覆层和基体结合带,多数贯穿整个熔覆表面。如能结合热检测,可通过对熔覆材料特定温度下性能改进控制熔覆层裂纹。