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。     

多道搭接激光熔覆镍基合金中裂纹断口形貌研究

利用预置法激光重熔在铁基材料上获得了Ni基合金多道搭接的熔覆层。利用光学显微镜和扫描电镜对熔覆层组织、裂纹走向以及裂纹面进行分析。多道搭接时,Ni基合金熔覆层极易出现贯穿裂纹。裂纹的扩展呈周期性,裂纹面上高温热裂断口和冷脆断口交替出现。高温下的裂纹沿树枝晶界韧性稳态扩展,穿过树枝晶时有斯裂棱：失稳扩展沿裂纹面进行、断口呈放射状的脆性特征。数值分析表明,多道搭接时热应力在整个开裂过程中起重要作用。裂纹于夹杂附近在最大热应力作用下起裂,起裂方向垂直于扫描方向。随后裂纹在热应力、组织因素及已有裂纹综合作用下进一步扩展、方向发生偏离。     

多道激光熔覆温度场的有限元数值模拟

分析了激光熔覆过程中温度场的主要影响因素,在主要考虑边界条件和热源数据的基础上,建立了送粉式激光熔覆多道搭接情况下温度场的有限元计算模型,并对板材上搭接三道熔覆层的熔覆温度场进行了三维数值模拟,得到了每道熔覆层上中心点的温度变化规律.结果表明,在激光熔覆过程中每道熔覆层中心点上的温度随时间延长呈锯齿状变化,且每个中心点所能达到的最高温度并不相同.此外,搭接情况下,熔覆层中心点每次升温前的最低温度是随着熔覆顺序的进行而逐渐升高的,且升高趋势类似于抛物线.此计算结果合理,为研究应力场和应变场的变化规律打下基础.     

45钢多道搭接激光熔覆层的组织与性能

在45钢表面进行了激光搭结熔覆WC-12Co涂层的实验,对复合涂层的组织、硬度等进行了研究.结果表明:激光熔覆区在微观结构上分为熔覆层、熔化区和热影响区.在搭接区出现了较为粗大的组织特征,采用同一激光工艺参数,多道搭接熔覆层的显微硬度降低.多道搭接熔覆产生的重稀释导致涂层中WC硬质相含量明显降低,是造成激光熔覆层硬度下降的主要影响因素.     

多道激光熔覆应力场的模拟分析

实现了对应力场随时间变化的动态模拟分析,发现熔覆层纵向应力最大,横向应力次之,厚度方向应力最小;熔覆层中心一直处于拉应力状态并产生拉伸塑性变形;三向拉应力在材料进入弹性状态后,表现为横向和厚度方向上的拉应力明显下降,纵向应力基本保持不变;对于材料的拉伸或压缩塑性变形,热应变起到决定作用;分析送粉式激光熔覆内应力的产生机理表明,熔覆层中心靠近基体区域对裂纹最敏感,该区域处于第三类主应变状态.     

激光单道与多道熔覆Ni+Cr3C2复合涂层的组织及硬度

对激光单道与多道搭接熔覆Ni     

工艺路径对多层多道激光熔覆残余应力的影响

采用盲孔法测量Q345钢块表面多层多道激光熔覆Co基涂层的残余应力,研究了熔覆工艺路径对激光熔覆残余应力的影响.结果表明,平行焊道方向的残余应力远大于垂直焊道方向的应力,且均为拉应力;增加激光熔覆层单层厚度,熔覆层及试板背部基材残余应力明显增大.与两层熔覆层激光焊道平行叠加的熔覆路径相比,采用两层熔覆层垂直交叉的熔覆工艺路径,降低了熔覆层的残余应力,采用分区熔覆且每个区域各熔覆层垂直交叉堆焊的熔覆工艺路径,熔覆层残余应力水平最低;熔覆前对试板进行2 mm的预弯变形对涂层残余应力影响不明显,但显著降低了试件背面的残余应力.     

激光熔覆技术

概括地介绍了激光熔覆技术的机理、材料体系、工艺参数及国内外发展现状。     

激光熔覆技术

概括地介绍了激光熔覆技术的机理、材料体系、工艺参数及国内外发展现状。     

斜面激光熔覆粉末流场及光粉耦合机理研究

目的 扩展增材制造在斜面复杂零部件修复领域的应用,弥补倾斜熔覆过程中粉末流动行为研究的空缺。方法 采用RSM进行模拟方案设计与数据处理,通过拟合输入参数与输出之间的数学模型,探究送粉电压、气流量、基体倾斜角度对倾斜基体上粉末浓度和粉斑直径的影响规律。结合数值模拟和试验研究对光粉耦合机理进行分析,探究光粉平衡关系对涂层形貌的影响机理。结果 粉末颗粒速度随气流量的增加而增大;倾斜基体上最大粉末浓度随气流量的增大而降低,随送粉电压的增大而增高;倾斜基体上的粉斑直径随基体倾斜角度和气流量的增大而增大。以倾斜基体上的粉末浓度最大、倾斜基体上的粉斑直径最小为优化目标,0°、10°、20°、30°倾斜基体上最大粉末浓度模拟值与预测值的误差分别为4.34%、3.61%、5.82%、13.15%,基体上粉斑直径模拟值与预测值的误差分别为2.95%、3.22%、3.57%、4.10%,说明该模型对倾斜基体上最大粉末浓度及粉斑直径的预测精度较高。结论 气流量对粉末颗粒速度影响显著,送粉电压、气流量对基体上最大粉末浓度的影响显著,倾斜角度、倾斜角度与气流量的交互项对倾斜基体上的粉斑直径影响显著。研究结果为激光...     

多道激光熔覆铁基合金的组织和性能

在球铁基体上激光熔覆铁基合金，对多道搭接时激光熔池的凝固速率、“二次加热”效应以及熔体的对流行为对搭接熔覆层组织、成分、性能的影响进行了分析。结果表明，搭接熔覆获得的熔覆层组织随扫描次序前后而粗大，稀释率逐渐增加，硬度值相应降低。搭接熔覆层组织分界不明显，与基体结合处为波形界面，达到冶金结合。     

激光熔覆加工头聚焦性能及成形工艺研究进展

激光熔覆作为一种十分有前途的制造技术,已在工业中广泛用于部件修复、表面改性以及增材制造等领域。在激光熔覆系统中,激光熔覆加工头是其关键核心部件,可以在基材表面实现激光束、熔覆材料和熔池之间的精准耦合并形成连续熔覆层。激光熔覆加工头内置有光学镜组,主要用于激光束的传输、变换和聚焦,可以根据不同的加工需求对光束进行处理。主要从分析激光熔覆加工头聚焦性能对熔覆成形工艺影响的角度出发,综述了加工头的设计及其成形工艺的发展,具体包括光斑尺寸、光斑形状、光斑能量分布、激光功率、光源特性等对材料沉积速度、材料利用效率、熔覆层质量等的影响。首先按照激光熔覆的材料类型和材料与激光束的耦合形式,对激光熔覆光料耦合方式及加工头进行了简要概述,并对成形工艺造成的影响进行了总结。其次分别讨论了连续高斯光束和平顶光束以及脉冲激光的聚焦性能对熔覆层的影响,同时概述了3种不同形状光斑（圆形、矩形、环形）的能量分布特性和光斑尺寸对成形工艺的影响;接着研究了激光能量密度对熔覆层质量的影响;基于超高速激光熔覆技术分析提出透镜长焦深聚焦特性能够大幅提升激光熔覆的加工效率。最后展望了激光熔覆加工头聚焦性能在成形工艺上的发展趋势...     

激光熔覆加工过程优化控制研究

建立了激光熔覆过程的影响参数简化物理模型,并测得其相互间线性关系.结果表明,在激光功率P和激光扫描速度v变化不大时,激光熔覆表面宏观形貌与送粉量关系密切.在其它条件相同情况下,由简单控制系统闭环调节送粉量和加工件的移动速度,可实现熔覆层高度可控及表面平整度提高.     

激光成形熔覆工艺及制备刀具材料

分析了激光成形熔覆涂层的发生机理，介绍了熔覆系统的组成、工艺参数和作用效果，探讨其在刀具制备中的应用。     

激光搭接再重叠扫描熔覆镍基纳米WC/Co层的显微组织

采用CO2激光在45钢表面制备镍基纳米WC/Co熔覆层.使用搭接再重叠扫描工艺,突破了单道激光熔覆处理区域较窄的局限性以及搭接熔覆层中的碳化物形态多样性和分布不均匀性较大的缺陷.搭接再重叠扫描层硬度不下降且不出现新的裂纹和孔洞,这使大面积激光熔覆的实际应用成为可能.研究结果表明,搭接再重叠扫描的熔覆层中仍然存在相当数量的粒度≤100 nm的碳化物颗粒,其纳米效应对该熔覆层的抗裂止裂起了重要作用.     

激光熔覆工艺参数对熔覆层质量的影响

激光表面热处理技术是上世纪70年代逐渐发展起来的一门新兴激光加工技术,尤其在激光熔覆等领域取得了很大进展。本文概述了激光熔覆技术,介绍了激光熔覆工艺参数对熔覆层质量的影响。     

激光单道与多道熔覆Ni Cr3C2复合涂层的组织及硬度

对激光单道与多道搭接熔覆Ni+Cr3C2 复合涂层的组织、硬度及其影响因素进行了研究。在6 0mm× 1 0mm× 1 0mm(多道熔覆 )和 6 0mm× 2 0mm× 1 0mm(单道熔覆 )两种 45钢基材试样上 ,采用同一激光处理工艺参数 (P =1 7kW ,Vs=5mm·s- 1 ,D =3mm)熔覆同一涂层材料 (Ni + 50 %Cr3C2 ) ,涂层的成分、组织随搭接工艺不同 ( 0和 0 5搭接率 )而发生变化 ,使单道与多道熔覆层的显微硬度分别为1 1 0 0～ 1 2 0 0HV和 380～ 480HV。多道搭接熔覆产生的重稀释导致涂层中的硬质相数量明显少于单道熔覆层 ,是造成涂层硬度下降的主要影响因素。对激光熔池的凝固速率以及“二次加热”产生的熔道退火效应对涂层硬度的影响进行了分析。     

激光熔覆的应用基础研究进展

针对激光熔覆开裂敏感性大并难以进行大面积熔覆的技术难关,将激光熔覆技术、纳米技术及热喷涂技术相结合,提出了激光单道、搭接及再重叠熔覆过程中的纳米抗裂措施,成功消除了裂纹及孔隙,并制备了与基体冶金结合、具有优异服役性能的较大面积激光熔覆层.     

送粉多道搭接激光熔覆温度场的数值模拟

运用ANSYS有限元分析软件,对送粉式多道搭接激光熔覆过程的温度场进行了数值模拟。考虑到材料热物性的非线性特征以及对流换热的边界条件,建立了三维有限元模型;送粉过程及熔覆单元的生长过程采用"生死单元法"来实现。结果表明:在多道搭接激光熔覆过程中,先凝固的熔覆道对后续搭接熔覆道有预热作用,两者之间存在一个初始温度差;在熔覆层中,搭接区的温度高于其它区域,存在重熔现象;熔覆层每道熔池节点的热循环曲线呈现周期性变化且基本相似;熔覆层易出现端部效应问题;熔覆层中上部温度梯度沿激光扫面方向水平分布,下部与扫描方向垂直分布,在基体与熔覆层交界处温度梯度出现突变和最大值,是裂纹高发区。     

大面积激光熔覆的工艺研究

采用6 kW CO2激光器和同步送粉熔覆技术,从比能量对熔覆层质量的影响入手,引入优化因子,结合搭接质量,对工艺参数进行了优化研究。同时对未后热和后热的熔覆层质量进行了对比研究。结果表明:送粉率为19.7 g/min,比能量选择在1.4～1.6104 J/cm2之间,搭接率为50%～60%,可获得无裂纹、气孔、夹渣等缺陷的大面积涂层,控制稀释率可获得平缓的硬度梯度;后热处理可改善变形和表面应力状态、细化组织、提高硬度。