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。     

马氏体时效钢激光选区熔化成形过程介观尺度数值模拟

激光选区熔化(Selective laser melting, SLM)成形过程涉及多种发生于介观尺度下的物理现象,采用试验方法难以揭示物理现象复杂的形成规律。以18Ni-300马氏体时效钢为SLM成形材料,采用离散元法与有限体积法建立了SLM成形介观尺度热流耦合数值模型,并结合熔道成形试验验证模型的正确性。结合数值模拟揭示激光功率从60 W增加至270 W时单道SLM成形熔道形貌、熔池尺寸与温度、传热机制等熔池行为的基本特征;研究在0.2 J/mm、0.3 J/mm和0.45 J/mm线能量密度下不同激光功率和扫描速度组合对熔道形貌、熔池尺寸与传热机制的影响规律;结合熔道搭接理论模型计算激光功率180 W和扫描速度600 mm/s组合下无搭接缺陷的扫描间距理论临界条件约为83μm,并研究80μm、100μm和120μm扫描间距下多道多层SLM成形熔道搭接行为和演变规律。该模型可用于筛选工艺参数区间,提高工艺优化效率,为单层/多层成形的工艺试验提供指导。     

激光熔覆工艺参数对Ni60A熔覆层性能影响

为了得到扫描速度和激光功率对熔覆层性能的影响,利用光纤激光器在Cr12Mo V板材表面激光熔覆Ni60A粉末,研究了激光功率和扫描速度对熔覆层宽度、高度以及硬度的影响,进行了金相组织分析。结果表明:熔覆层宽度随激光功率增大而增大,随扫描速度的提高先增大后减小;熔覆层高度随激光功率的增大而升高,随扫描速度加快而降低;熔覆层硬度随激光功率增大而降低,随扫描速度增大而提高。熔覆层上部组织细小均匀,下部组织粗大稀疏,并与基体呈现良好波浪状冶金结合。     

基于纳秒激光的316L不锈钢直写微细沟槽实验研究

针对在几十微米尺度下纳秒激光直写法制造微流道的问题,研究纳秒激光加工工艺参数与微流道宽度和深度的关系,利用光纤激光器在316L不锈钢上进行微流道直写实验研究,得到了激光功率、扫描速度、激光频率、激光重复次数与微流道尺寸形貌的关系。实验结果表明,当激光功率为16W,扫描速度200mm/s,频率为40kHz,脉冲宽度为30ns时,实验结果最好,该参数为最佳激光工艺参数范围。同时,验证了小能量激光表面浅熔机理对沟槽底部抛光的可行性。     

关于钩缓装置激光修复的工艺参数的研究

本文利用Laserline LDF4000-100型激光器在40Cr钢板上制备8620合金涂层,以熔覆层截面形貌质量作为指标,优化工艺参数,并研究了工艺参数对显微硬度的影响。结果表明,当采用激光功率2500W、扫描速度650mm/min、送粉率8%作为工艺参数进行单道熔覆时,可以获得结合强度较高、表面成型良好的熔覆层;当采用激光功率2500W、扫描速度650mm/min、送粉率8%、搭接率60%作为工艺参数进行多道熔覆时,可以获得焊道熔深合适、熔合良好的熔覆层。在一定参数范围内,激光功率增加可以导致熔覆层显微硬度下降,而扫描速度和送粉率增加则可以增加熔覆层显微硬度。     

TC4钛合金单道激光熔覆的工艺研究

为了得到TC4(Ti-6Al-4V)钛合金单道激光熔覆的最佳工艺参数组合,在TC4钛合金表面熔覆Ni60A粉末。采用IPG光纤激光器和同轴送粉系统进行激光熔覆实验,找出激光功率、送粉电压和扫描速度对熔覆层外观几何尺寸的影响规律以及对表面硬度、显微硬度和微观组织质量的影响,通过相互分析对比,找到一组最佳的工艺参数组合。当激光功率500W、送粉电压12V、扫描速度2mm/s时,得到的单道熔覆层外观形貌平整,表面硬度和显微硬度最高,并实现了良好的冶金结合。     

Ni/Wc粉末单道熔覆层宏观形貌的实验研究

为了研究在Cr12MoV基体表面上进行单道激光熔覆75％Ni60+25％Wc过程中激光能量密度和粉末面密度对熔覆层宏观形貌影响.设计以送粉电压、激光功率和扫描速度为主要因素的正交实验.以熔覆层的宽度和高度的比值、最大熔覆厚度和稀释率作为检测熔覆层宏观形貌的评价指标,采用直观分析法和方差分析法对实验数据进行处理.实验结果表明:在一定工艺参数范围内,当激光能量密度在(100～300)J/mm2且粉末面密度在(50～150)g/mm2的区间内,激光能量密度与粉末面密度的比值达到(1.5～2.0)之间时,可以得到宏观形貌较好的单道熔覆层;熔覆层的宽高比随着粉末面密度的增大而减小,熔覆层的极限厚度随着粉末面密度的增大而逐渐增大,稀释率随着激光能量密度与粉末面密度的比值增大而减小;通过设定边界条件找寻最佳工艺参数组合:激光功率1500(W),扫描速度3(mm·s-1),送粉电压8(V).为Cr12MoV冷冲模具修复工艺提供数据参考.     

基于机器视觉的激光熔覆熔池形貌监测

为了研究激光熔覆过程中熔池形貌的变化,搭建了激光熔覆熔池在线监测系统。采用COMS相机与激光设备同轴装配的方式获取熔池图像,在分析熔池灰度直方图分布的基础上,采用三角阈值分割的自适应阈值分割法对熔池图像进行二值化,通过Canny算子检索出熔池图像的边缘,利用最小外接矩形算法获取熔池区域的长和宽。以45钢为基体、420不锈钢为熔覆粉末进行9组单道熔覆正交实验。实验结果显示,在该监测系统下测得的熔池宽度与电子显微镜下测量的实际熔覆宽度平均误差为4.5%,验证了该视觉监测系统的有效性。对监测系统下得到的熔池宽度进行极差分析,结果表明：激光功率对熔池宽度的影响最大,其次是扫描速度,最后是送粉速率;熔池宽度随激光功率的增大而增大,随扫描速度和送粉速率增大而减小。利用该监测系统获取的熔池信息与变化规律可作为激光熔覆实时控制的参考变量,为激光熔覆实现闭环控制奠定基础。     

三光束激光熔覆工艺参数对熔覆层几何特征影响

采用"三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法研究可以获得表面质量较高单道熔覆层的工艺参数组合方案。建立三光束激光熔覆工艺参数与熔覆层表面形貌关系以及几何特征变化规律的数学模型,通过激光提供的单位能量密度E1与丝材所需的能量密度E2之间比值关系判断熔覆层表面形貌状态,工艺参数和熔覆层几何特征关系的数学模型预测熔覆层几何特征变化规律,并采用单因素试验法进行验证。研究结果如下:E1/E21,熔池能量"不足",1.1≥E1/E2≥1.0,熔池能量处于"不足"到"充足"过渡阶段,以及E1/E21.6,熔池能量"过剩",这三种情况形成的熔覆层表面质量较差;只有当1.5≥E1/E21.1,熔池能量"充足"能够充分熔化进入熔池的丝材,且丝材能够以连续平稳的"搭桥过渡"方式熔入熔池,熔覆层表面连续光滑,质量较高;熔覆层几何特征变化规律:数学模型预测值变化趋势与试验值基本吻合,离焦量减小,熔覆层宽度W减小,高度H增大,宽高比a减小;激光功率增大,熔覆层宽度W增大,高度H减小,宽高比ɑ增大。扫描速度增大,熔覆层宽度W减少,高度H减少,宽高比a略有增加。送丝速度增大,熔覆层宽度W和高度H都会增大,宽高比ɑ减小。综上采用"三光束光内同轴送丝"新方法对不锈钢304材料的丝材和基材进行激光熔覆试验,工艺参数组合方案满足1.5≥E1/E21.1,可以制备出表面形貌佳熔覆层。     

Nd:YAG激光焊接殷钢薄板材料的工艺研究

利用Nd:YAG脉冲激光作为焊接热源,对殷钢材料Invar36分别进行了平板单道焊接试验和对焊试验,分析了工艺参数（激光功率、焊接速度、脉冲宽度和离焦量）变化对焊缝的表面形貌、熔宽以及熔透性的影响。对0.85mm厚度的殷钢薄板对焊接头的硬度和成分的变化以及拉伸强度进行了检测。结果表明：激光功率和脉宽是影响焊缝熔深、熔宽和热影响区大小的主要因素;扫描速度对焊缝表面的鱼鳞状条纹间距影响尤为明显;离焦量主要影响焊缝的宽度和熔透性;合理匹配工艺参数能够实现0.85mm厚度薄板对焊,并且获得形貌良好的焊缝。焊缝的组织成分没有发生明显变化,拉伸强度和基体的相当,显微硬度略低于基体硬度。     

用Nd:YAG激光焊接殷钢薄板材料

用Nd:YAG脉冲激光作为焊接热源,对殷钢材料Invar36分别进行了平板单道焊接试验和对焊试验,分析了工艺参数(激光功率、焊接速度、脉冲宽度和离焦量)变化对焊缝的表面形貌、熔宽以及熔透性的影响.检测了0.85 mm厚的殷钢薄板对焊接头的硬度、成分以及拉伸强度.结果表明:激光功率和脉宽是影响焊缝熔深、熔宽和热影响区面积的主要因素;扫描速度对焊缝表面的鱼鳞状条纹间距影响尤为明显;离焦量主要影响焊缝的宽度和熔透性;合理匹配工艺参数能够实现0.85 mm厚度薄板的对焊,并且获得形貌良好的焊缝.焊缝的组织成分没有发生明显变化,拉伸强度和基体强度相当,显微硬度略低于基体硬度.     

激光反应熔覆碳化物陶瓷涂层温度场的有限元模拟

利用ANSYS软件建立预置式粉层激光反应熔覆的数值模拟模型,考虑了相变潜热、辐射对流散热、表面效应单元等因素的影响;在不同的工艺参数下,用该模型对激光反应熔覆碳化物陶瓷涂层温度场进行了计算,分析了整个激光加工过程中温度场的变化情况。结果表明:激光功率和扫描速度对基体熔化厚度以及熔覆层宽度的影响都比较显著;激光功率是造成熔覆层较大温度梯度的主要因素;有限元模拟得到的最佳工艺参数得到了试验验证。     

激光熔覆IN718合金温度场和应力场数值模拟*

为研究激光熔覆涂层温度场的演变和残余应力的分布规律,在316L不锈钢基板上激光熔覆Inconel718 (IN718) 合金,研究工艺参数对熔覆涂层宏观形貌的影响;基于实验所得工艺参数,利用Simufact Welding有限元软件建立热力耦合模型,通过数值模拟对熔覆过程中的温度场和应力场分布进行分析。结果表明：研究的工艺参数中,激光功率对涂层宽度的影响呈正相关性,送粉量对涂层高度呈较为明显的正相关性,而激光扫描速度对涂层高度呈较为明显的负相关性;熔池前端温度梯度最大,熔池尾部温度梯度较小;熔池峰值温度随着熔覆扫描的进行稳定于2 700 ℃左右;涂层最大残余应力为沿扫描方向上的拉应力,基板残余应力在涂层两侧呈对称分布,且最大残余应力为沿扫描方向的拉应力;残余拉应力是造成激光熔覆过程中基板“翘曲”变形的主要原因;基板与涂层热膨胀系数的差异是影响涂层与基板结合强度的另一原因。研究结果为后续基于实际工业中多层多道激光熔覆的研究奠定基础。     

基于激光熔覆的绿色再制造技术研究

为了实现轴类零件的修复,搭建基于激光熔覆技术的绿色再制造系统,该系统由功率为6 kW的CO2激光器、四轴工作台、送粉机构、数控系统等硬件设备和激光绿色再制造系统驱动软件组成.以轴类为典型零件、Ni60A合金粉末为熔覆材料,对激光绿色再制造工艺技术进行研究.通过研究分析激光功率、熔覆速度、送粉量、熔覆间距等主要参数对熔覆层高度、宽度和熔覆层质量等的影响情况,获得了轴类零件激光修复的最佳工艺参数组合,实现基于激光熔覆的绿色再制造技术在生产实践中的应用.     

激光熔覆镍基合金粉末最佳工艺参数的选择

在30CrMnSi表面进行了Ni-25粉末的激光熔覆试验。在保持保护气体流量不变的情况下,通过改变激光的功率和扫描速度,进行不同工艺条件下的单道激光熔覆试验。试验表明,当激光功率为1 500W,扫描速度为7mm/s时,熔覆层金相组织细小且无裂纹。     

SiC增强Ni35合金激光熔覆层的组织和性能

在45钢表面、不同激光功率(1000～1400 W)和扫描速度(6～10 mm·s-1)下激光熔覆质量分数20％SiC增强Ni35合金熔覆层,根据熔覆层宏观形貌确定最佳工艺参数,研究了最佳参数下熔覆层的组织和性能.结果表明:该激光熔覆层的最佳工艺参数为激光功率1000 W、扫描速度8 mm·s-1,该参数下熔覆层的组织为树枝晶和等轴晶,物相包括SiC、Ni4 B3、CrB、Ni2 Si和FeSi等硬质相;熔覆层的硬度约为45钢基体的3.5倍,在熔覆过程中激光淬火作用下热影响区的硬度高于基体的;熔覆层的磨损质量损失均明显小于基体的,且磨损质量损失随磨损时间延长的增幅较小,说明熔覆层耐磨性能较好;熔覆层磨损60 min时的磨损方式主要为黏着磨损,磨损120 min时为磨粒磨损.     

液压支架激光熔覆不锈钢合金涂层的实验研究

采用激光熔覆技术在硅锰钢样件表面制备了不锈钢涂层,用SEM和能谱仪分析了基体与熔覆层界面以及熔覆层之间的微观组织及成分,开展了试样弯折和冲击强度测试实验。结果表明:在激光功率为6kW、扫描速度为8mm/s、光斑直径为5mm、搭接率30%的工艺条件下,基体与熔覆层界面以及熔覆层之间出现小亮带,形成冶金结合;熔覆方向垂直于观察面的覆层形貌呈蜂窝状,熔覆方向与观察面平行的覆层形貌呈竖直条状;在功率6kW、扫描速度16mm/s、光斑直径5mm、搭接率30%时,熔覆层与基体以及熔覆层之间会产生夹渣;熔覆层具有较好的韧性和冲击强度,熔覆后的试样的冲击强度提高了7.7%。     

45#钢激光熔覆FeNiMoCoCrTi高熵合金涂层工艺参数优化

为了实现高硬度高性能合金涂层,试验采用激光熔覆技术在45#钢表面上取得FeNiMoCoCrTi高熵合金涂层,并在熔覆过程中运用正交试验法对工艺参数进行优化,利用数学极差与方差相结合分析法对所测得各个参数数据进行整理与归纳,获得最佳工艺参数组合,同时对所得涂层进行XRD物相分析与硬度测试.研究结果表明:影响涂层硬度与性能的最主要的因素是激光功率和扫描速度,而离焦量主要影响涂层硬度.工艺参数首选组合是激光功率3 000W、扫描速度0.015m/s、离焦量50 mm,熔覆层的主要相组成为FCC+BCC+Simple cubic1 +Simple cubic2+Simple cubic3 +Laves 相.     

基于有限元的激光熔覆直升机主减速器温度场模拟与实验验证

文章研究了在直升机主减速器工件表面激光熔覆三维瞬态温度场的数据模型。利用有限元方法对设置不同的激光功率和扫描速度下的数值进行模拟;采用模拟选用的工艺参数,进行了激光熔覆实验。结果表明:三种功率下都获得了与主减速器工件基体面结合较好的熔覆层,与模拟结果一致。     

316L不锈钢粉选择性激光熔化成形工艺及成形后的性能

对316L不锈钢粉进行选择性激光熔化成形,利用正交试验方法分析激光功率、扫描速度和扫描间距对成形试样相对密度、拉伸性能和微观形貌的影响,得到了最佳工艺参数。结果表明:成形试样的抗拉强度、屈服强度和相对密度均随激光功率或扫描速度的增加先增后降,随扫描间距的增加而增大;伸长率随激光功率的增加先降后增,随扫描速度的增加而增大,随扫描间距的增加变化很小;最佳工艺参数组合为激光功率310W,扫描速度960mm·s~(-1),扫描间距0.13mm;在最佳工艺下成形后试样的相对密度、抗拉强度和屈服强度均最大,分别为99.53%,613MPa和320MPa,伸长率为44.6%,成形试样的表面平整,孔隙较小,拉伸断口上的韧窝细小均匀,且球化现象较少。