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。     

扫描路径对单层激光熔覆层质量影响的研究

为探究四种不同扫描路径对熔覆层质量的影响,在TC4(Ti-6Al-4V)钛合金表面进行多道单层激光熔覆试验。熔覆粉末为Ni60A自熔性粉末,工艺参数为激光功率500 W、送粉电压10 V、扫描速度2 mm/s、多道搭接率45%,扫描路径为实验设计的四种不同的扫描路径:热搭接、两种不同方式的冷搭接和回形搭接。结果发现,在冷搭接和回形搭接的扫描方式下得到的熔覆层表面相比于热搭接平整度较差。热搭接得到的熔覆层表面最平整,平均洛氏硬度最高。冷搭接熔覆层显微硬度最高,而回形搭接熔覆层显微硬度最低。     

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。     

45~#钢管激光熔覆不锈钢粉末的参数研究

通过改变扫描速度和功率研究在45#钢管表面激光熔覆不锈钢粉末,观察熔覆层的显微组织,测试试样硬度。结果表明,显微硬度从结合区域到熔覆层顶部随扫描速度增加而增加,随功率增加而增加,其整体硬度相对基体提高4倍左右。根据上述分析得出最佳工艺参数:功率为2 100 W,扫描速度12 mm/s,用该参数熔覆45~#钢管,试验得出在30%搭接率条件下能够获得硬度显著提高的管材,表明该组参数能够满足激光熔覆45~#钢管的应用研究,从而为不锈钢熔覆中碳钢零件提供参考。     

工艺参数对钛合金激光熔覆 CBN 涂层几何形貌的影响

目的获得制备形貌较佳的CBN激光熔覆层的工艺参数。方法以CBN粉末为熔覆材料,在TC11钛合金表面制备CBN熔覆层。设计正交试验,利用金相法检测熔覆层的几何形貌参数,研究工艺参数(激光功率、扫描速度、离焦量、预置层厚度)对涂层几何形貌的影响规律。结果随着激光功率、扫描速度、离焦量和预置层厚度的增大,熔覆层宽度、高度以及熔池深度都发生相应的改变。其中扫描速度对熔覆层形貌的影响最大,其次为激光功率和预置层厚度,离焦量的影响最小。随着激光功率增大,熔覆层宽度先增大后减小,熔覆层高度逐渐降低,熔池深度逐渐增大。扫描速度、离焦量和预置层厚度的增加都导致熔覆层宽高和熔池深度的减小。结论最优的工艺参数为:激光功率1400W,扫描速度4mm/s,离焦量35mm,预置层厚度0.4mm。     

基于均匀设计的铁基合金粉末激光熔覆工艺参数优化

为了在Q235钢基材上制备出性能优良的铁基合金熔覆涂层,开展基于均匀设计的铁基合金粉末激光熔覆工艺参数优化方法研究.根据熔覆机工艺能力和实践经验选取待优化工艺参数范围,运用均匀化设计方法产生混合水平实验表.采用“光内送粉”在Q235钢基材上制备铁基合金(Fe45)熔覆层,利用超景深显微镜和维式显微硬度计分析了熔覆层的表面形貌、稀释率及硬度.基于实验数据逐步回归分析扫描速度、离焦量、激光功率、送粉速度对熔覆层稀释率和显微硬度的影响.结果 表明:不同工艺参数对熔覆层的稀释率及显微硬度具有显著影响;回归分析的三次多元多项式适合于表征工艺参数对熔覆层稀释率和显微硬度的影响规律,回归方程的交互项表明扫描速度、离焦量、激光功率、送粉速度的交互作用影响着稀释率和显微硬度;对稀释率和显微硬度进行数学回归,分析发现该铁基合金粉末的激光熔覆最佳工艺参数为:扫描速度7 mm/s、离焦量2 mm、送粉速度22 g/min、激光功率2.7 kW.验证实验表明,以最优参数制备的熔覆层硬度均匀度高、与基材形成了连续的白亮凝合线,无裂纹及气孔,熔覆层整体质量较好.     

基于响应面法的激光熔覆3540Fe涂层形貌及质量预测研究

目的 实现激光熔覆3540Fe合金涂层几何形貌的精确控制。方法 基于响应面法设计了在不同的激光工艺参数下42CrMo钢表面激光熔覆3540Fe合金的试验,以激光功率、光斑直径、扫描速度为影响因素,熔覆层宽度、高度、熔池深度、熔覆层宽高比、显微硬度以及稀释率为响应目标,建立了熔覆层形貌的预测模型,以熔覆层显微硬度、宽高比作为优化条件对预测模型进行了实验验证。结果 激光功率与熔池深度和熔覆层稀释率成正比,熔覆层宽度、高度、宽高比随激光功率的增大表现为先升高后降低,熔覆层显微硬度与激光功率的关系呈负相关。扫描速度与熔覆层宽度、高度呈负相关性,与熔覆层宽高比、显微硬度成正比,对熔池深度和熔覆层稀释率的影响并不显著。光斑直径与熔池深度和稀释率呈负相关性,熔覆层高度随光斑直径的增大表现为先增大后减小,而宽高比表现为先减小后增大的趋势,光斑直径对熔覆层显微硬度的影响并不显著。通过对预测模型进行实验验证发现,宽高比、稀释率、显微硬度的误差分别为7.14%、5.70%、2.74%。结论 利用响应面法建立的3540Fe合金熔覆层形貌预测模型精确程度较高,能够实现对3540Fe合金熔覆层几何形貌的准确预测,...     

稀土元素和工艺参数对激光熔覆层微观形貌的影响

为了抑制激光熔覆过程中熔覆层裂纹的产生,在熔覆粉末中加入了稀土氧化物Y2O3.用CO2连续激光器在镍基高温合金基体表面熔覆自配粉末,同时分析了工艺参数对熔覆层微观形貌的影响.结果表明:Y2O3可以细化晶粒和抑制裂纹,扫描速度主要影响熔覆区晶粒的形状,功率和预置粉末厚度主要影响熔覆层的熔深和稀释率.最佳工艺参数是功率为400W,扫描速度为4mm/s,预置粉末厚度为1.4mm.     

变形铝合金激光熔覆工艺研究

为应用激光熔覆法修复涡桨发动机螺旋桨叶腐蚀损伤，利用CO2连续激光器在LYl2基材表面进行铝基合金粉末熔覆试验。分析了激光功率、扫描速度和光斑直径等工艺参数对熔覆效果的影响，观测了熔覆层的组织特征与性能。结果表明，要获得表面平整、内部无明显缺陷的熔覆层，存在激光功率阈值；熔覆层高度和熔深以及稀释率随激光功率的增加而增大，随扫描速度而降低；熔覆层的宽度主要取决于光斑直径。熔覆层组织为均匀细小的等轴晶，靠近基体界面的位置有较大尺寸的柱状晶存在，晶轴与熔合线垂直，尺寸可达20gm以上。熔覆层的显微硬度在100～110HV之间，较基体降低约30％。     

激光熔覆原位合成WC增强镍基熔覆层的组织与性能

采用响应面法的中心复合设计建立了激光功率、扫描速度、气流量和碳钨粉末配比对熔覆层硬度和面积影响的数学模型，并通过方差分析和试验验证检测了数学模型的准确性。结果表明：熔覆层的硬度与激光功率和碳钨粉末配比成正比，与扫描速度成反比；熔覆层面积与激光功率成正比，与扫描速度成反比，碳元素盈余量对熔覆面积的影响不显著。以熔覆层的硬度和面积最大为优化目标进行验证试验，并基于数学模型对工艺参数进行优化与预测，得到最佳工艺参数为激光功率1700 W、扫描速度5 mm·s^-1、气流量13 L/min、碳钨粉末配比1.05∶1。采用最佳工艺参数所得的熔覆层硬度和熔覆面积的预测值和实际值的误差分别为0.56%、1.45%,验证了所建立模型的准确性。     

激光熔覆工艺参数对CBN膜层裂纹率的影响

在TC11表面激光熔覆制备CBN膜层,通过研究激光工艺参数与裂纹率关系,控制熔覆层裂纹的产生。采用正交试验,并利用ANSYS软件平台对温度梯度进行研究,利用SEM、EDS对熔覆层截面形貌和成分进行分析。结果表明：对于熔覆层宏观裂纹,随着激光能量密度的增大,裂纹率明显下降,熔覆层质量变好,在激光能量密度为6×104 J/cm2送粉率为1 r/s时涂层质量较好;随着扫描速度增大时,裂纹率呈上升趋势,在扫描速度为3 mm/s、送粉率为1 r/s时裂纹率较小;随着送粉率增加,裂纹率先增加后减小,在送粉率为2.25 r/s、激光能量密度为3.4×104 J/cm2达到最大。对于熔覆层微观裂纹,随着激光功率增加,裂纹率先减小后增加,激光功率为1 800 W时,裂纹率达到最低;随着扫描速度增加,裂纹率也是先减小再增加,扫描速度为4 mm/s时,裂纹率达到最低。经过SEM与EDS分析,通过调整激光熔覆工艺参数,控制熔覆过程中温度场的温度梯度,进而控制熔覆层的裂纹率,可以获得形貌与组织成分良好的涂层。     

外圆表面送粉激光熔覆ZrO2/Ni60A复合涂层组织及硬度

在304不锈钢外圆表面激光熔覆镍基氧化锆金属陶瓷粉末,对激光工艺参数优化,制备工艺性能良好的熔覆层。研究了激光工艺参数对熔覆层宏观形貌、显微组织和硬度分布的影响。结果表明:激光功率为1.5 kW时,涂层硬度最佳;随着扫描速度的增大,熔覆层的组织有细化的趋势;通过优化扫描速度,可得到显微硬度较高,且沿熔覆层表面垂直方向的硬度分布变化不大的熔覆涂层。     

送粉式激光熔覆层质量与工艺参数之间的关系

系统地研究了Ni基合金自动送粉激光熔覆工艺参数对熔覆层稀释率的影响规律。为解释送粉速率和扫描速度对稀释度的的影响,利用金相法检测了不同工艺条件下单道熔覆层的宏观参数,定量计算了LimL.C提出的单位质量熔覆材料的比能和单位时间实际输入的比能两个重要参数。利用单位质量熔覆材料的比能和单位时间实际输入的比能随工艺参数的变化规律,成功的解释了在激光参数一定的条件下稀释率随扫描速度的增加而减小,随送粉速率的增加而减小为进一步研究熔覆层的凝固行为、显微组织与工艺参数的关系奠定了理论基础。     

45钢表面激光熔覆层成形效果及稀释率研究

为改善45钢的表面性能,利用YLS-4000型光纤激光器在45钢表面激光熔覆镍基陶瓷复合涂层。采用正交实验,研究激光功率、扫描速度及镍包WC添加量对熔覆层表面形貌、几何参数与稀释率以及显微硬度的影响。结果表明:当试样的激光功率和扫描速度都为最大时(P=2000 W,Vs=16 mm/s),镍包WC质量分数为20%,在试样表面出现了较多的裂纹且熔覆层的表面平整度是所有试样中最差的。激光功率对稀释率的影响最大,扫描速度次之,镍包碳化钨对稀释率的影响最小。稀释率控制在5%左右为宜,且可通过调节工艺参数来控制稀释率的大小。     

TC11合金多道激光熔覆温度场及涂层性能研究

为增强钛合金耐磨性,利用多道搭接激光熔覆工艺在TC11表面制备CBN涂层。基于ANSYS软件平台,对熔覆温度场进行分析。对涂层的平整度与耐磨性进行研究。结果表明:温度场的形状类似于单道熔覆时的形状,呈扁圆形。此时温度场的分布不以光斑中心对称,温度场偏向一侧。由于有预热作用,熔覆升温要比降温快,且熔覆后一道次熔覆层上的最高温度要高于前一道次。随激光功率、送粉率和搭接率的增大,表面变得不平整。随扫描速度的增大,涂层面积变小,但表面平整度较好。熔覆层试样的磨损失重远远小于基体。随载荷的增加,熔覆层磨损量变化不大,而基体磨损量增加。     

搭接率与二次重熔对激光熔覆石墨/铜自润滑复合材料组织的影响

为了改善石墨/铜自润滑材料激光熔覆层的平整度,探索了激光搭接率对熔覆层平整度的影响与二次重熔处理对熔覆层表面的改善效果。结果表明,激光搭接率为75%不适合作为实际加工时的工艺参数。激光熔覆搭接率为50%或25%时,均可以获得连续致密的熔覆层,50%的搭接率适合进行单次厚度较大的熔覆,可以一次性产生一定厚度的连续致密熔覆层;25%的搭接率适合进行多次激光熔覆,产生厚度较小但相对平整性更好的连续致密熔覆层,方便黏结后续的熔覆材料,避免不同部位熔覆材料厚度的差异对熔覆层产生影响。二次重熔处理可以有效减小熔覆层表面高低落差。     

激光熔覆参数对熔覆层组织的影响

通过改变激光熔覆过程中的激光功率、扫描速度等工艺参数,获得单道激光熔覆层:分析了熔覆层组织中温度梯度/凝固速度(G/R)对凝固组织生长形态的影响规律;探讨了工艺参数对熔覆层组织、性能的影响.结果表明:熔覆层的硬度随激光功率的增加先增大后减小;随扫描速度的增加,经历一个由小到大然后再由大到小的过程.     

激光热丝焊表面修复成形质量分析和控制

激光热丝焊可精确控制热输入和高效熔覆金属,适合用于表面修复,但缺乏对激光热丝多道修复成形质量的研究. 基于响应曲面法(RSM)设计了激光热丝多道修复试验,选取激光功率、扫描速度、送丝速度和搭接率作为变化因子,成形系数、稀释率和未熔合缺陷比率作为响应. 结果表明,成形系数、稀释率和未熔合缺陷比率与工艺参数呈二次关系,适当降低送丝速度,提高激光功率、扫描速度和搭接率,有利于获得无未熔合缺陷、稀释率小且表面平整的多道熔覆层. 利用重叠等高线图,根据指定的质量要求进行多响应约束,可以预测相应的工艺参数窗口,达到控制激光热丝焊多道修复成形质量的目的.     

基于田口-灰色关联法的Ni60+WC激光熔覆涂层工艺参数优化

目的 优化Ni60+WC激光熔覆工艺参数，提高熔覆层质量。方法 设计三因素四水平正交试验，通过激光熔覆手段，在Q235钢板表面激光熔覆Ni60+25%WC粉末，并结合超景深光学显微镜和扫描电子显微镜观察熔覆层形貌。同时，以熔覆层几何形貌和气孔率作为优化目标，评估工艺参数对其的影响。结合灰色关联理论，对熔覆层最佳工艺参数进行预测，并进行试验验证。结果 优化后的熔覆层主要以胞状晶为主，且熔覆层和基体形成了良好的冶金结合。采用田口-灰色关联法对激光熔覆工艺参数进行优化，极大地减少了试验次数（从64次减少到16次）。灰色关联度的预测值（0.626 553）与试验验证值（0.672 659）有较高的吻合度，误差仅为7%。优化后的工艺参数组合为激光功率1100W，扫描速度为10mm/s，送粉速率为7.6 g/min。优化后的熔覆层宽度增加了22%(1 949μm增加到2 383μm)，稀释率降低了58%(24.42%降低至10.33%)，优化后的稀释率更接近目标值10%。同时，气孔率也降低了7%(0.329%降低至0.306%)。优化后的熔覆层润湿角仍小于70°，符合优化目标。结论 田口-灰色关联...     

激光功率对熔覆Ni基复合涂层组织性能的影响

采用德国DILAS-3KW高功率半导体激光器在钛合金表面熔覆了20%W_S2/NiCrBSi复合涂层。利用OM光学显微镜、SEM、HXD-1000显微硬度计等分析了激光功率对熔覆层宏观形貌、稀释率、显微组织及硬度的影响,为良好的熔覆层选择合理的激光参数提供了理论依据。结果表明,在其他激光工艺参数不变的情况下,熔覆层宽度、基体熔深、稀释率均随着激光功率增大而增加;熔覆层的高度呈先增加后减小的趋势;显微组织结构不规则块状相变小,板条状相细化且数量增多,且生长规律有一定的方向性;熔覆层显微硬度呈现先增大后减小的趋势。