激光熔覆镍基熔覆层截面形貌预测

利用BP神经网络建立激光熔覆关键工艺参数(激光功率、扫描速度、送粉电压、送粉载气流量)与熔覆层截面形貌(熔宽、余高)的预测模型。以激光熔覆工艺参数为输入,熔覆层的截面形貌为输出,利用工艺试验数据对网络进行训练,实现对输入和输出的高度映射。结果表明,BP神经网络可以较好地对熔覆层形貌进行预测,同时双隐藏层BP神经网络模型预测结果误差波动更小,表现出优良的稳定性,最大预测误差相比单隐藏层神经网络大大降低。     

激光熔覆层形貌尺寸预测研究

激光熔覆过程中工艺参数对熔覆层形貌有很大影响,利用多元线性回归分析确定了主要工艺参数（激光功率、扫描速度、送粉速率）和熔覆层形貌（熔覆层高度、宽度）之间的对应关系。     

激光熔覆WC/Ni粉末对冷作模具刃口修复的实验研究

目的 为实现冷冲模具凸模刃口的修复,研究了基体表面的倾斜角度对激光熔覆制备熔覆层质量的影响,寻找能够用于修复冲头刃口的最佳工艺方法,通过冲裁加工的数值模拟分析与实际冲裁,验证激光熔覆技术修复冷冲模具刃口的可行性。方法 在不同倾斜角度的Cr12MoV基材表面上,分别采用垂直于地面和垂直于基体表面两种熔覆方法制备WC/Ni熔覆层,通过熔覆层的截面形貌、结合质量变化以及硬度的分析,选取最佳的修复工艺。利用X 射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）,对比分析了基材表面倾斜角度变化对熔覆层截面组织形貌与物相组成的影响。根据熔覆层的平均硬度检测值以及被加工板料实测数据建立有限元仿真模型,利用磨损累计法对其求解,得出符合预期的使用寿命后,将修复冲头参与实际冲裁加工,验证激光修复冷冲模具的可行性以及有限元仿真模型的可靠性。结果 选择激光功率为1.2 kW,扫描速度为2 mm/s,送粉电压为8 V,离焦量（基体与熔覆头的直线距离）为12 mm,当基体的被熔覆表面相对于地面的倾斜角度不超过50°且与激光束形成的夹角不超过35°时,制备出的熔覆层质量较高。基体表面倾斜时,熔覆层的峰值点始终位于熔覆层中心区域,熔池最大深度值会向靠近激光头的一侧移动。采用垂直于地面和垂直于基体表面两种熔覆方式,在不同倾角的基材表面上制备得到熔覆层,其均由γ-Ni（Fe）、Fe6W6C、Fe2B、WC、W2C、Cr7C3、W2B等硬质相和复杂的间隙化合物组成,基材表面倾斜角度的变化只对熔覆层组织结构的细化程度以及各元素的质量分数产生影响。结论 使用激光熔覆技术搭配合适的修复工艺,不仅可以有效地修复磨损失效后的冷冲模具,还能起到局部改性的作用,熔覆过程中生成的碳化物等硬质相对修复区域硬度的提高起到了主要作用。修复后的冲头的平均使用寿命为5283次/支,与有限元寿命预测的仿真结果5600次/支基本吻合,进一步验证了有限元仿真模型的准确性。     

钛合金表面激光熔覆镍基涂层质量分析

通过在钛合金表面激光熔覆镍基涂层,探讨了扫描速度对熔覆层宏观形貌的影响,激光能量密度对熔覆层微观组织的影响,WS2添加量对熔覆层宏观形貌、成型质量、组织均匀性和显微硬度的影响。结果表明:随扫描速度的提高,钛合金表面激光熔覆层的宽度、高度和基底熔深均减小。随熔覆材料中WS2含量的增加,熔覆层形貌从凸起型过渡为凹陷型,且粉末利用率降低;熔覆层裂纹和气孔等缺陷变多;微观组织均匀性变差。添加WS2的熔覆层显微硬度低于Ni60熔覆层。     

TiC增强钛基复合材料激光熔覆层显微组织及形成机理

在Ti-6A1-4V（质量分数，下同）合金表面进行了Ti＋TiC激光熔覆试验研究。利用SEM对熔覆层的显微组织进行了分析，提出了一个激光熔覆层显微组织演化过程模型，对显微组织的形貌特征和形成机理进行了解释。从复合材料的制备过程、质量、工艺性、制造成本和增强效果等多个方面，对激光熔覆Ti＋TiC复合粉末制备钛基复合材料的方法进行了分析。结果表明：采用激光熔覆Ti＋TiC复合粉末制备TiC／Ti复合材料是一种可行的方法。     

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,...     

基于线性回归和神经网络的金属陶瓷激光熔覆层形貌预测

目的研究激光熔覆关键工艺参数(激光功率、扫描速度、送粉速率)与单道熔覆层宏观形貌(宽度、高度、熔池深度)之间的数量关系,以实现对WC-Co50复合熔覆层形貌的预测,从而为牙轮钻头的修复提供参考。方法设计不同的实验参数,利用4k W光纤激光器在牙轮钻头钢15MnNi4Mo表面熔覆单道WC-Co50复合涂层。采用工业显微镜观察单道熔覆层的横截面宏观形貌,并测量其三维尺寸。在上述形貌参数的基础上,分别运用多元线性回归分析和人工神经网络方法,建立关键工艺参数与熔覆层宏观形貌之间的关系模型,并将实验结果与模型预测结果进行对比。结果总体来讲,神经网络对熔覆层形貌的预测结果更为精确,平均相对误差为5.3187%;多元线性回归分析预测的平均相对误差为6.0028%。分析表明,对熔覆层宽度的预测结果最精确,两种方法的平均相对误差仅为1.2999%;对高度及熔池深度的预测结果稍差,平均相对误差分别为8.0586%和7.6237%。结论两种预测方法都具有较高的精度,但神经网络法函数关系不明确,运算过程复杂,需要通过进一步的算法优化来提高预测精度。     

激光熔覆Ni基熔覆层形貌尺寸的预测

针对目前激光熔覆层形貌尺寸的预测计算复杂,耗费的成本高,不适用于工程应用的问题,采用Nd:YAG脉冲激光器在Cr12MoV模具钢上进行激光熔覆试验,用多元线性回归方程建立起以激光电流、扫描速度和激光脉宽为预测变量,熔覆层宽度和高度为响应变量的多参数耦合数学模型,并将试验结果与线性回归方程预测的结果进行了比较.结果 表明:熔覆层宽度和高度的试验值和预测值之间的误差分别可以精确到0.86％和0.49％,且该模型在其他不同工艺参数下的预测分析中得以验证.利用多元线性回归方程可以很好地表征多参数耦合下激光熔覆层的形貌尺寸,并且该方法简单高效,运算逻辑清晰.     

基于激光熔覆不锈钢涂层技术的工艺及腐蚀性研究

通过激光熔覆技术在Q235钢表面激光熔覆316L不锈钢涂层,研究了激光熔覆工艺参数对单道熔覆层几何尺寸及外观形貌的影响。对多道熔覆层的微观组织以及耐蚀性进行了分析。结果表明:激光电流对增大熔覆层高度、宽度和深度具有积极影响,而扫描速度是熔覆层成型尺寸的消极因素。通过耐蚀性实验得出不锈钢涂层的耐腐蚀性能高于基体的耐腐蚀性能。     

模具激光表面熔覆设备和技术的进展

概述了激光表面熔覆技术近年来发展的概况;激光熔覆工艺,激光表面熔覆技术装备,以及熔覆材料概况。文中介绍了轧辊激光堆焊层厚10mm以上（单面）的新要求,以及激光熔覆层高硬度（HRC60－65）的新要求。     

激光熔覆WC-Ni基金属陶瓷涂层的几何形貌特征

通过送粉式激光熔覆系统将WC-Ni基金属陶瓷粉末熔覆到45钢和铸铁基体上,观察其熔覆层的几何形貌特征。结果表明：以45钢为基体的金属陶瓷涂层,在功率变化很大的范围内其几何形貌特征良好;而以铸铁为基体的金属陶瓷涂层其几何形貌特征有缺陷,并分析了造成缺陷的原因。同时,将多元线性回归分析方法应用于激光熔覆层高度的预测。     

基于遗传神经网络的镍基高温合金激光熔覆层形貌质量预测

采用反向传播(back propagation,BP)人工神经网络(artificial aeural network,ANN)和遗传算法建立了激光熔覆层形貌质量(熔覆层高度、宽度及稀释率)与激光功率、送粉速率和扫描速率之间的遗传神经网络预测模型.设计正交试验得到预测模型训练样本数据,并在正交试验的基础上,用极差分析法分析了各加工参数对熔覆层形貌质量各个指标的影响规律.经过试验验证,遗传神经网络模型预测值与试验实测值误差不大于4.6%.结果表明,运用该模型可以为准确的选择镍基高温合金激光熔覆参数提供一定参考,从而有利于提高镍基高温合金激光熔覆层形貌质量.     

An Experimental Investigation of Laser Cladding

Laser cladding uses a laser beam to fuse materials with enhanced metallurgical properties on a substrate. A thin layer of the substrate is molten achieving good metallurgical bonding with the added material. In this paper experimental data from an industrial application of laser cladding are presented and discussed. The material of the substrate was an aluminum alloy and the cladding material was copper based powder. Under constant laser power and beam diameter, experiments were performed using various powder feed rates, process speeds and gas supply. The dimensions of the clad as well as the alloying and dilution depth were measured. The experimental data were analyzed in order to obtain a working range for the process parameters.     

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。     

QT800-2球墨铸铁表面激光熔覆工艺参数多目标优化

目的 为了解决球墨铸铁表面激光熔覆铁基合金过程中熔覆层塌陷、厚度不均等问题,确定旁轴送粉激光熔覆最优工艺参数组,并对参数寻优方法进行对比分析.方法 选取工艺参数(激光功率、扫描速度、送粉速度)为优化变量和熔覆层表面质量(表面粗糙度、硬度)为优化指标,通过设计L9(34)正交试验进行极差分析,得到优化后的参数组合;通过神...     

激光熔覆CoCrFeNiTi高熵合金工艺优化及预测模型研究

目的 探究激光熔覆工艺参数对CoCrFeNiTi高熵合金涂层质量及形貌的影响,实现激光熔覆CoCrFeNiTi高熵合金涂层形貌的精确控制。方法 基于田口正交法,设计不同激光工艺参数下30CrMnSiA表面激光熔覆CoCrFeNiTi高熵合金实验,以激光功率、扫描速度、送粉速率为影响因素,以涂层稀释率、高度、宽度、裂纹密度、宽高比为响应目标,通过方差和信噪比分析影响因素与响应目标的关系,并确定最优工艺参数,建立工艺参数与CoCrFeNiTi高熵合金涂层性能和形貌的支持向量回归预测模型。结果 激光功率对熔覆层稀释率、宽度和裂纹密度的影响较大,且与熔覆层稀释率、高度、宽度、裂纹密度、宽高比呈正相关。扫描速度对涂层高度、裂纹密度和宽高比的影响较大,与涂层高度呈负相关,与涂层裂纹密度和宽高比呈正相关。送粉速率对熔覆层稀释率、高度和宽高比的影响较大,与熔覆层稀释率和高度呈负相关,与熔覆层宽高比呈正相关。得到了最优工艺参数,激光功率为600 W,扫描速度为18 mm/s,送粉速率为1.6 r/min。通过预测模型测试可知,熔覆层稀释率、高度、宽度、裂纹密度和宽高比预测模型的决定系数均大于0.93。结论 基于支持向量回归的CoCrFeNiTi高熵合金涂层形貌预测模型的精度较高,能够实现CoCrFeNiTi高熵合金熔覆层形貌的精确预测,为熔覆层形貌的控制提供了新的思路。     

17-4PH不锈钢基体激光熔覆制备球形WC/Ni基复合涂层

为了制备高性能耐磨带,提高工件的使用寿命,利用激光宽带熔覆技术在17-4PH不锈钢表面沉积镍基合金做为过渡层,然后熔覆球形WC/Ni基复合涂层。对激光熔覆层分别采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)等检测分析手段进行形貌观察、成分分析、物相表征等,并使用MMG-10型摩擦磨损试验机进行涂层耐磨性能测试。研究结果表明,采用激光熔覆技术可制备高质量WC/Ni基复合涂层,碳化钨质量分数达到65%,涂层冶金质量、裂纹尺寸、稀释率等满足技术要求。复合涂层的耐磨性为镍基合金的15倍,但其平均摩擦系数(0.926)高于镍基合金(0.762)。     

细长轴表面激光熔覆轨迹理论分析与试验研究

利用ANSYS有限元分析软件,基于螺旋式和光栅式扫描轨迹建立细长轴激光熔覆模型,并对不同熔覆轨迹下的温度场进行仿真研究。结果表明:两种熔覆轨迹方式均会产生热量累积,且螺旋式热累积量相对较小,光栅式熔覆轨迹下各道次涂层的表面温度高于螺旋式各圈层表面温度。采用光栅式熔覆时细长轴中心位置的温度曲线呈不规则锯齿状上升趋势,采用螺旋式熔覆时中心位置的温度上升趋势更明显。此外,工艺试验结果表明采用螺旋式得到的熔覆涂层表面质量较为理想,而光栅式熔覆表面出现过烧现象。