激光熔覆修复青铜零件的实验研究和工程应用

青铜具有极好的耐海水腐蚀性和耐磨损性能,在舰艇、船舶中大量存在青铜零件,但对这些零件进行修复非常困难。由于青铜对激光的强烈反射及其优良的热传导性,给激光熔覆修复青铜零件带来了很大的困难。通过激光熔覆修复实验,优化了激光熔覆修复工艺参数。在对激光熔覆修复过程进行最优控制的条件下,获得了界面结合良好、耐腐蚀性和耐磨损性均符合要求的激光熔覆修复试样。在此基础上,实现了对实际舰船青铜零件的激光熔覆修复。     

激光熔覆修复技术研究进展

介绍了激光熔覆修复技术的应用概况,并对激光熔覆修复工艺、激光熔覆专用铁基粉末进行了分析和综述,指出了激光熔覆修复的发展方向。     

激光熔覆技术在结构修复上的应用现状

激光熔覆是现代制造业中最为重要的结构修复技术之一,激光熔覆修复技术的发展对提高金属结构的可靠性和使用寿命有着重要的意义。分析了激光熔覆技术在修复结构方面的应用;讨论了不同工艺参数对修复质量的影响;对熔覆过程流场、温度场及残余应力场的数值仿真进行总结;讨论了熔覆后结构的显微组织、力学性能测试及后处理措施,展望了激光熔覆修复方法在结构中的应用前景。     

随机森林回归分析在激光熔覆形貌预测中的应用

激光熔覆修复过程中单道熔覆层形貌极大地影响修复效果,但多工艺参数对熔覆层影响的耦合作用机制尚未被研究清楚,因此,获得不同工艺参数组合与熔覆层尺寸的定量关系是亟待解决的难题。以Inconel 625合金的激光熔覆修复为背景,采用随机森林(Random Forest,RF)算法构建了激光熔覆工艺参数(激光功率、扫描速度、送粉速率)到单道熔覆层尺寸的回归模型,将模型用于特定熔覆参数组下单道尺寸的预测;同时在给定期望的单道熔覆层尺寸参数时,基于Gini不纯度选择强关联因子构建了工艺参数预测模型。结果表明,激光熔覆工艺参数预测模型的预测误差小于4%,能够准确地估计加工特定单道熔覆层截面几何形状所需的激光熔覆工艺参数。     

激光熔覆修复齿轮轴工艺研究

采用激光熔覆工艺对某船用减速齿轮箱齿轮轴的磨损齿面进行尺寸修复.为制定合理的修复方案,建立了齿轮轴齿面激光熔覆温度场模型,通过计算分析,结合样块试验,确定了修复过程中的激光熔覆主要工艺参数;选用单向送粉双向扫描的熔覆方法,解决了熔覆层开裂的问题;针对计算结果中出现的齿面进出端和齿顶热集中效应和热冲击效应引起的过烧现象,提出了搭接熔覆和包覆熔覆的熔覆工艺,较好地消除了过烧现象.最终在磨损轮齿上得到了厚度达0.7mm质量稳定的优质熔覆层,完成了磨损轮齿的尺寸修复.该激光熔覆工艺可为类似的修复问题提供借鉴和指导.     

激光熔覆修复技术的基础试验研究

激光熔覆修复是近年来迅速发展的一项有许多突出优点的零件修复技术,文章对该技术进行了基础性的试验研究,模拟实际零件的修复情况,通过在基体材料上加工一个"U"形缺口并用激光熔覆技术进行修复.把激光熔覆修复件制作成力学性能试件,获得了相关的试验数据,并对试验结果进行了分析,为激光熔覆修复技术的实际工程应用提供了理论依据.     

激光熔覆止裂技术研究

针对石化行业动设备关键轴类零件的磨损失效特点,采用激光熔覆技术对零件表面进行修复和强化.通过对熔覆粉末材料配方选择和熔覆工艺参数的优化,技术上保证了激光熔覆层的质量,提高了零件的使用性能,延长了其使用寿命.在实际生产中,应用激光熔覆修复技术取得了较好的经济效益.     

TC11钛合金空气导管凸台激光熔覆修复工艺

采用激光熔覆工艺对航空发动机TC11钛合金空气导管磨损件进行修复工艺实验。通过分析熔覆层表面成形、显微硬度及微观组织形貌,选出合适的工艺参数,制定合理的工艺流程,完成了空气导管的修复。结果表明:修复区组织细密,机械加工后的外形尺寸满足图纸要求。因此,采用激光熔覆技术对TC11钛合金空气导管磨损件进行修复是可行的。     

矿用链轮激光增材再制造修复

目的 借助激光增材再制造技术,对矿用链轮磨损域修复工艺进行研究,以提升磨损链轮的力学性能,降低维修成本.方法 分别使用扫描仪及Imageware软件对链轮毛坯点云数据进行获取和处理,通过磨损域反求重构方法对磨损链窝进行几何建模,对得到的模型进行分层、路径规划及轨迹代码处理.通过工艺性试验对熔覆试件进行组织形貌、硬度与抗拉强度分析,在优选的激光加工工艺参数下,开展链轮的激光增材再制造修复.结果 在经重构的磨损链窝几何模型中,选取14个坐标数据与初始点云数据作定位比较,最大与最小偏差分别为0.26 mm和–0.05 mm,匹配性较好.在工艺性试验中,熔覆试件的性能分析结果表明,试件的整体表面形貌良好,熔覆区域组织均匀致密,熔合区与基体冶金结合性良好,熔覆层硬度明显高于基材硬度,熔覆高度和宽度分别在8000、23000μm左右,与预计结构尺寸保持一致.再制造链轮修复域硬度值达到50～56HRC,修复域无裂纹、气孔缺陷,熔覆层与基体呈现出良好的冶金结合性能.结论 重构的链窝磨损区域几何模型满足再制造加工精度要求,利用激光增材再制造修复技术能够实现再制造熔覆层与基体形成良好的冶金结合,并对表面起到强化改性的作用.经再制造修复的磨损链轮满足井下工况性能要求,具有较强的工程应用价值.     

某型发动机涡轮工作叶片阻尼叶冠激光熔覆修复工艺

针对某型发动机涡轮叶片采用氩弧焊堆焊阻尼叶冠时存在焊后变形大、易产生应变时效裂纹的问题,讨论了激光熔覆主要工艺参数对熔覆层质量的影响,分析叶片熔覆工艺参数选择时应注意的内容,研究制订了合理的激光熔覆工艺参数,实现了叶片阻尼叶冠的修复。修复后的叶片通过金相观察、硬度测试、拉伸试验及工厂试车,均符合相关技术要求,应用情况良好。     

基于田口法的镁合金激光焊接工艺参数研究

利用Nd:YAG脉冲激光焊接机对镁合金进行对缝焊接工艺试验.以缝焊的最大抗拉强度作为评价焊接质量的品质特性,对影响焊接质量的六项关键工艺参数(保护气体、激光功率、工件移动速度、离焦量、脉冲频率和脉冲波形)利用田口法进行优化设计.依据田口法设计了18种工艺参数组合,每组工艺参数进行3次焊接试验.试验结果表明,激光功率和脉冲波形影响最为显著.通过优化工艺参数可使AZ31B镁合金焊缝获得169 N/mm2的最大抗拉强度.     

激光熔覆自润滑复合涂层研究进展及发展趋势

结合激光熔覆自润滑涂层实例,从材料设计、制备工艺、性能优化等方面综述了激光熔覆自润滑涂层的研究现状、存在的问题及发展方向。总结了常用固体润滑材料的摩擦学性能特点,并就如何选择自润滑材料、包覆技术和宽温域润滑的研究进展进行了简要阐述。讨论了激光熔覆制备自润滑复合涂层中软质润滑相和硬质耐磨相之间的关系,以及熔覆材料成分对涂层摩擦学性能的影响。简要分析了裂纹成因及控制涂层质量的常用手段,重点探讨了激光工艺参数对涂层中润滑相体积分数和分布状态的影响,并总结了激光熔覆自润滑涂层在工程中的应用,以期为激光熔覆技术的发展提供参考。目前激光熔覆自润滑涂层的应用已初具规模,但在润滑剂的失效与防护、新材料的研究与应用、制备工艺的优化以及针对特殊环境下的摩擦磨损实验研究等方面仍存在较大发展空间。     

激光熔覆快速成型致密金属零件的试验研究

激光熔覆成型能改善快速成型技术的基本工艺使之能够在快速，精确制造零件的同时提高零件的强度等力学性能，使快速成型技术突破目前多用来制造原型和模型的现状，直接生产高性能零件。本文对激光熔覆快速成型致密金属零件进行试验研究，介绍了试验装置的组成，通过单层和多层试验研究，获得了激光功率，扫描速度和光斑直径对激光熔覆成型的影响规律，获得了激光熔覆成型的金属零件。     

表面织构对模具钢激光熔覆层性能的影响分析

目的 减少激光熔覆过程中产生较大的应力和裂纹的现象,提高激光熔覆后模具钢的抗疲劳性能,延长其使用寿命.方法 选取激光功率(800、1000、1200 W)、扫描速度(5、10、20 mm/s)、光斑半径(0.5、0.75、1 mm)作为激光熔覆模拟因素,以残余应力为主要试验指标,进行三因素三水平正交模拟试验,并对试验结果进行信噪比及极差分析,确定最优熔覆参数.在最优熔覆参数下,进行预置织构及无织构的激光熔覆模拟,对比分析两次模拟的熔覆层温度及残余应力分布.在最优参数下进行熔覆加工,验证有效性.结果 正交模拟试验得出最优熔覆参数为:激光功率800 W,扫描速度20 mm/s,光斑半径1 mm.得到最小残余应力平均值为360 MPa.此外,激光功率对残余应力的影响最为显著,其次是光斑半径,对残余应力影响最小的是扫描速度.在最优熔覆参数下,对预制织构的模型进行激光熔覆模拟,得出残余应力平均值为149 MPa.相比较于无织构熔覆模拟,预置织构熔覆模拟的平均应力值降低了大约58.56％.对无织构和有织构模具钢表面进行激光熔覆加工,测量残余应力,验证了该方法的有效性.结论 通过在基体预置表面织构的方法,在保证熔覆温度的前提下,降低了残余应力,最终能达到降低残余应力、减少裂纹产生的目的.     

38CrMoAl钢表面激光熔覆Ni基合金工艺研究

利用正交试验法对38CrMoA1钢表面激光熔覆Ni60合金时激光功率、扫描速度和离焦量等工艺参数进行优化,得到熔覆层硬度和耐磨性能较为优良的参数组合,并研究了激光熔覆工艺参数对熔覆层性能的影响.结果表明,选择激光功率2.0 kW,离焦量40 mm,扫描速度6 mm/s作为35CrMoA1钢表面激光熔覆Ni60合金时的工艺参数,熔覆层硬度可以达到880.5 HV,相对耐磨性为2.26.     

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。     

3D激光熔覆陶瓷-金属复合涂层温度场的有限元仿真与计算

通过建立移动激光高斯热源作用下三维熔覆温度场的计算机数值分析模型，在分析过程中引入了复合材料热物性参数的计算方法，考虑了相变潜热和辐射对流散热等因素，用ANSYS中的ADPL语言编制了相应的计算机程序，具有较高的计算精度。在不同的工艺参数条件下，用该模型对激光熔覆陶瓷一金属复合涂层温度场进行了分析计算，得出了熔覆过程中试样表面、端面的温度等值线分布和温度梯度分布，预测了熔池的轮廓、热影响区的形状、交界面的结合情况等，为研究激光熔覆陶瓷．金属复合材料涂层的覆层成型和凝固机制、根据熔覆层的材料设计要求选择激光熔覆工艺参数等提供了依据。     

激光-感应复合熔覆WC-Ni涂层极限条件研究

为解决熔覆层易开裂、熔覆效率低的问题以及合理地选择工艺参数.进行了激光-感应复合熔覆Ni基WC涂层的实验,定义了激光高速扫描下的极限熔覆状态,研究了激光比能与粉末面密度对熔覆层宏观形貌的影响规律.结果表明,最小激光比能、最大熔覆层厚度、接触角均与最大粉末面密度呈线性关系;激光-感应复合熔覆速度达3000 mm/min,送粉率达82.7 g/min,相对单纯激光熔覆技术的效率提高了近5倍,而且获得的Ni60A+20%WC涂层经检测无裂纹.     

激光熔覆铁基合金涂层的研究进展

激光熔覆技术作为一种先进的材料表面改性技术,具有加工效率高、涂层稀释率低且与基体结合强度高、自动化程度高、环境友好等优点。在各类熔覆材料中,铁基合金在成分上与钢铁材料最为接近,且其成本相对较低,近年来在设备零部件表面强化和再制造领域得到广泛应用。结合国内外最新相关研究成果,从材料体系、工艺参数、外场辅助技术等方面对激光熔覆铁基合金涂层的研究进展进行了综述。总结了熔覆材料的选材依据以及铁基自熔性合金粉末、不锈钢粉末、铁基非晶合金粉末、铁基复合粉末等各类材料的特点和应用。系统讨论了激光功率、扫描速度、光斑直径、送粉速率等工艺参数对铁基涂层成形质量和微观组织及性能的影响机制,并介绍了工艺参数优化在高质量熔覆层制备中的应用。同时,论述了超声振动、电磁场、温度场等外场辅助技术在激光熔覆铁基合金涂层中的应用,阐明了外加能场对激光熔覆过程中熔池及凝固组织的作用机理。最后对激光熔覆铁基合金涂层未来的发展方向进行了展望。