镀锌钢表面光纤激光宽带熔覆铝合金涂层研究

采用经整形的矩形光纤激光光斑和配套的宽带送粉装置,实现了在镀锌钢板表面熔覆AlSi12合金涂层.通过光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪观察熔覆层成形、缺陷以及金属间化合物层组织,结果表明熔覆层中的主要缺陷是裂纹.在熔覆层与母材界面处的金属间化合物层中发现裂纹,熔覆中的热输入量与裂纹长度成正比.通过增加激光功率或降低熔覆速度可以有效减小熔覆层中气孔的最大直径并减少气孔数量,熔覆层界面处组织为Al-Fe-Si系统金属间化合物.激光功率的降低或熔覆速度的增加,可以有效降低金属间化合物层最大厚度,采用适当的熔覆工艺参数控制金属间化合物层厚度,可以有效避免裂纹的生成.     

铝合金的激光熔覆修复

通过对航空航天用超高强7050铝合金进行激光熔覆修复的实验研究,探讨了激光熔覆修复铝合金的可行性。实验采用5kWCO2连续激光器作为加热源,在惰性气体保护隔离箱中,对7050铝合金的板状试样进行了激光单道熔覆、多道搭接熔覆、多层堆积熔覆的实验研究。得到优化的激光熔覆工艺参数,制备了激光熔覆修复试样,并观察了不同激光熔覆区的微观组织以及拉伸断口形貌。实验结果表明,优化激光熔覆工艺参数是:激光功率密度为1.84×104～2.12×104W/cm2,扫描速度为5mm/s,送粉量为1.8～2.4g/min,搭接宽度为1.5mm。采用优化工艺参数熔覆,基底和熔覆区形成良好的冶金结合,熔覆后工件表面平整且基底没有变形。同时,采用干燥的氩气加强对激光熔池的保护可以有效消除铝合金激光熔覆中的缺陷。     

变Z轴提升量法圆弧截面倾斜薄壁件激光熔覆成形研究

Z轴提升量与单层堆积高度的匹配是高质量倾斜薄壁件激光熔覆成形的关键因素,因此,提出变Z轴提升量法对圆弧截面倾斜薄壁件进行熔覆成形。在三轴开环条件下,通过熔覆成形竖直和倾斜薄壁件试验,得到偏移量ΔX与提升量ΔZ之间的关系曲线。结果表明,随着偏移量的增大,提升量逐渐减小,且当ΔX在0.06~0.08 mm区间段时ΔZ减小最快;成形的倾斜件最大倾斜角为36.6°。由关系曲线计算出圆弧等分点处的偏移量和提升量构成二维数组,再用Matlab对数组按圆弧形状筛选组合,模拟出优化的截面轨迹规划路径。采用模拟得到的逐层偏移量和提升量组合,熔覆136层,成形出圆弧截面倾斜薄壁件,成形高度尺寸最大偏差0.78 mm,与模拟结果相符,验证了变Z轴提升量法熔覆成形圆弧截面倾斜薄壁件的有效性。     

激光熔覆立铣刀的制造研究

采用同步送粉激光熔覆方法，在45#钢立铣刀坯材的刃带部位，熔覆一层钴基自熔合金作为立铣刀的加工刃。研究了激光熔覆工艺参数对激光熔覆层形状和开裂的影响，结果表明，熔层宽度的关键因素是激光的有效光斑尺寸，它是由激光功率密度与熔覆速度决定的；熔层高度的关键因素是粉末的线送粉速率，它是由送粉器的送粉速率与熔覆速度的比值决定的；提高激光功率可显著降低熔层开裂倾向。同时，薄的熔层形状可以降低熔层开裂的倾向。进行了激光熔覆立铣刀工装设备．和工艺研究；采用优化工艺，在45#钢铣刀坯材上熔覆成功无裂纹，成型良好、硬度分布满足使用要求的功能层；通过了国标GB／T122．4．3-90规定的立铣刀切削性能试验。以激光熔覆新工艺完成了立铣刀的制造。     

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.     

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.     

不锈钢微流道模具的激光熔覆成形

采用JK1002型Nd:YAG激光器、同步送粉系统,在塑胶模具钢HPM75基体上,熔覆316L不锈钢粉末,直接成形微流道模具。研究送粉量对熔覆道几何尺寸的影响,研究稳定送粉状态下送粉量与激光功率组合对熔覆质量的影响。结果表明,送粉量1.5~2.5 g/min,获得满足微流道模具几何尺寸要求的微细熔覆道;激光功率400 W和送粉量2.0 g/min组合,获得具有较好熔覆质量的微细熔覆道。采用CAD-Mastercam软件,规划特定形状微流道模具的激光扫描成形路径,采用优化的参数组合进行多层熔覆成形实验,成形出致密、硬度580 HV的微细熔覆道,经后续磨、铣削及少量抛光,制作出高0.1 mm,宽0.3 mm的熔覆道,满足工作技术要求的微流道模具样件,制作1件模具总耗时60~75 min。     

激光直接制造镍基高温合金零件成形工艺的研究

本文研究了激光直接制造镍基高温合金FHG95的工艺。通过不同的参数搭配共进行 314个试样的实验 ,按照一定标准 (宽度波动小于 5 %,单层熔覆厚度大于 0 .2mm ,表面没有粉末黏着 )选取成形效果较好的试样 ,分析总结了选择优化工艺参数的规律。分析了功率密度、送粉速度、扫描速度单独作用的机理和相互配比的方式 ,提出了送粉量承载率的概念 ,同时给出如何针对不同的熔覆层宽度、厚度选取工艺参数的方法。按照该工艺方法激光直接成形的镍基高温合金零件晶粒细小、组织致密 ,而且各元素含量与粉末相同 ,没有偏析。当熔覆基体尺寸为 2 0 0× 15 0× 2 5mm的低碳钢板时 ,激光功率密度应该在15 0 - 2 0 0W /mm2 ,扫描速度在 0 .2 - 0 .3m/min ,每瓦激光所能承担熔覆的合金粉末为 0 .0 2 g/min。当加工薄壁零件时 ,熔覆速度应大于 0 .5m/min ,单层熔覆厚度约为 0 .1mm。     

激光快速直接制造W/Ni合金太空望远镜准直器

激光直接制造技术(LDM)是基于快速成形和激光熔覆技术而发展起米的直接快速柔性制造先进技术，尤其适用于传统方法难以制造的特种材料或特殊形状金属零件。基于太空望远镜准直器特定的形状和材料要求，运用层叠激光熔覆直接制造方法．研究了W和W/Ni合金的多道熔覆特性、微观组织和激光直接制造过程的稳定性。研究表明，W和W90Ni10多层激光熔覆时后续熔覆层的宽度会越来越窄，最终形成三角形截面；而W60Ni40和W45Ni55合金具有良好的成形效果。采用激光功率2000W，光束直径3mm．扫描速度0．3m／min，送粉速度8g／min的优化工艺参数．直接制造出高度为307mm．直径为191mm，壁厚为3mm，平行度不低于2／1000的圆柱状W60Ni40准直器，未出现裂纹和明显的气孔。结果表明激光直接制造技术可以制造出高质量的传统方法难以制造的特殊材料和形状的金属零件。     

基于神经网络的宽带激光熔覆熔池特征参数预测

为了实现宽带激光熔覆熔池特征的准确预测,从 而对激光熔覆工艺过程进行实时监测、评价及反馈 控制。通过宽带激光熔覆全因素工艺试验采集熔池特征参数样本数据,采用遗传算法优化BP 神经网络的 初始权值和初始阈值,建立激光熔覆工艺参数(激光功率、粉末厚度、扫描速度)与熔池特 征参数之间的 BP神经网络预测模型。利用训练集数据对所建立的神经网络进行训练,形成输入与输出之间 的映射关系, 并利用测试集数据对网络进行测试。试验结果表明,宽带激光熔覆熔池特征参数神经网络预 测模型具有很 高的精度。该神经网络预测模型对激光熔覆过程监测及熔覆层质量控制具有重要意义。     

基于CCD激光熔覆成形过程在线监测与控制

激光熔覆快速成形过程中,熔覆层高度是由激光参数,加工工艺,粉末材料等多种因素共同决定。基于CCD实现了对成形过程的实时监测,并通过基于VC++开发的图像处理软件,有效的提取激光熔池中心到激光头之间的高度信息来控制熔覆堆积过程,从而确保了熔覆过程的顺利进行,提高了成形件的加工质量,为激光熔覆快速成形制造技术的在线监测提供了新的手段。     

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。     

钛合金激光表面改性技术研究现状

钛合金密度小,比强度高,具有良好的耐蚀性、疲劳抗力,广泛应用于航空航天、国防、汽车、医疗等领域.然而,钛合金摩擦系数高、对粘着磨损和微动磨损非常敏感、耐磨性差及高温抗氧化性差等缺点,制约了它的应用.表面改性技术,尤其是激光表面改性技术为这一问题的解决提供了一条有效的途径,综述了国内外钛合金激光表面改性技术的研究现状,主要介绍了激光熔覆、激光合金化和激光熔凝技术及其在钛合金表面改性中的应用,并对其存在的主要问题及当前的研究热点:激光表面改性工艺参量优化、激光改性过程中裂纹产生机理及裂纹控制、复合激光表面改性技术、纳米改性层、功能梯度改性层、激光原位合成、激光熔覆非晶涂层、超短脉冲激光表面改性以及激光改性过程的数值模拟等进行了讨论.     

工艺参数对TiAl合金激光熔覆复合涂层的影响

利用预涂NiCr-Cr3C2复合粉末对-γTiAl合金(简称TiAl合金)进行激光熔覆处理,制得了以Cr7C3,TiC硬质耐磨相为增强相,以-γNiCrAl镍基固溶体为基体的复合涂层;较系统地研究了光束扫描速度对TiAl合金激光熔覆复合材料涂层组织与耐磨性能的影响.结果表明,随着激光束扫描速度的提高,涂层显微组织有细化的趋势,显微硬度有所提高,而涂层厚度则有所降低.在中等扫描速度下(2.00mm/s)获得的涂层具有最好的滑动磨损耐磨性.     

铸铁表面抗裂耐磨激光熔敷材料的研制

采用铁基熔敷材料 ,在不预热情况下通过调整熔敷金属Ni含量 ,改变铸铁激光熔敷层内奥氏体相与渗碳体相体积分数 ,进而抑制熔敷层裂纹的产生。在抗裂性最佳激光熔敷工艺参数基础上 ,研究了Ni对熔敷层奥氏体体积分数及表面裂纹率的影响 ,揭示了熔敷层开裂的微观机制 ,获得了搭接 2 5道熔敷层不裂的Fe C Si Ni系熔敷材料。以此熔敷材料为基础 ,改变钛粉含量 ,在熔敷层得到原位自生TiC ,研究了TiC对熔敷层耐磨性的影响 ,分析了TiC数量对熔敷层磨损形貌及磨损质量损失的影响规律 ,最终获得了可显著提高熔敷层抗裂性及耐磨性的Fe C Si Ni Ti熔敷材料。     

纯铜表面脉冲激光熔覆Ni60涂层的结构与性能研究

为了克服纯铜表面激光熔覆时热量难以积聚的困难,得到冶金结合良好的Ni60熔覆层,采用预热辅助脉冲激光熔覆的方法,在纯铜表面进行了Ni60合金粉末的熔覆实验,并建立了纯铜表面预热辅助脉冲激光熔覆过程的3维瞬态热弹塑性模型,对温度场及残余应力进行了仿真。预热温度达到573K时,Ni60熔覆层中裂痕完全消除;预热温度为673K时,激光熔覆的加工效率提升了2.2倍;预热辅助脉冲激光熔覆得到的Ni60熔覆层平均硬度达到800HV_0.2;常温下,Ni60熔覆层与ASTM52100钢相对耐磨性为4.45,摩擦系数约是铜和ASTM 52100钢的57%。结果表明,随着预热温度的升高,Ni60熔覆层中裂纹减少,激光熔覆效率提高;Ni60熔覆层有效地提高了表面硬度,减小了摩擦系数。通过预热辅助脉冲激光熔覆技术,在纯铜表面制备得到无裂纹、无气孔的Ni60熔覆层,可有效地提高铜基材的硬度与耐磨性。     

激光-感应复合熔覆Ni基WC复合层的工艺研究

为了提高熔覆效率与消除熔覆层的裂纹,采用激光-感应复合熔覆的方法在A3表面获得了无气孔与裂纹的Ni基WC复合层。研究了不同的加工参量对复合层质量的影响,结果表明,随着激光比能的增加,粉末面密度增加;在相同的激光比能条件下,随着粉末面密度增加,熔覆层的高度增加,稀释率减小;在相同的粉末面密度条件下,随着激光比能的增加,熔覆层的宽度略有增加。此外,相对于单纯的激光熔覆技术,激光-感应复合熔覆的效率约可以提高5倍。在激光-感应复合熔覆过程中,熔覆层与基材间的温度梯度大大降低,这是Ni基WC复合层无裂纹的关键原因。