同步送粉激光熔覆的粉末分布密度

提出了粉末分布密度这一新概念，即同步送粉激光熔覆时基体单位面积上分布的覆层粉末质量。以临界覆层为研究对象，研究了同步送粉激光熔覆时粉末分布密度与最小比能的关系及其对临界覆层宏观质量的影响。研究结果表明，粉末分布密度与最小比能呈线性关系，前者也是覆层高度和边界角的重要影响因素     

送粉式激光熔覆热和熔覆材料有效利用率影响因素的研究

通过改变激光熔覆工艺参数获得相应的熔覆层并对其进行了细致的研究,对激光热有效利用率、熔覆材料有效利用率、熔覆层稀释率及有关界面问题进行了综合评述。找出了工艺参数对其影响规律,指出了送粉装置与工艺参数间的合理匹配能获得最佳的激光热有效利用率、熔覆材料有效利用率。同时,对搭接熔覆时的搭接率的确定原则进行了详细的评述。为获得良好的结合界面提供了实验证据,为制定送粉激光熔覆工艺规程提供了理论依据。     

送粉式激光熔覆过程激光有效能量的表征方法

为系统地阐述送粉激光熔覆过程中激光能量的分配关系，在分析熔覆材料和基体材料与激光相互作用的基础上，提出了激光能量有效利用率的概念，给出了检测方法，并系统分析了影响因素。结果表明：在相同的送粉速率下，随扫描速度的增加，熔覆材料吸收的能量增加，基体材料吸收的能量减少，激光能量有效利用率增大；在相同的扫描速度下，随送粉速率的增加，熔覆材料吸收的能量增加，基体材料吸收的能量减少，激光能量有效利用率增大。对激光能量有效利用率随扫描速度变化出现最大值的现象给出了合理的解释。为定量描述激光熔覆工艺与工艺结果之间的关系奠定了基础。     

光内同轴送粉激光熔覆堆积扭曲薄壁件工艺参数的控制

基于光内同轴送粉激光熔覆成形技术,在45钢基体上进行扭曲薄壁件的堆积。对扭曲薄壁件的倾斜角度、扫描路径、Z轴增量、熔池温度进行控制,分析各自的影响因素。通过斜壁堆积模型和倾斜度试验,得到了熔覆堆积的极限倾斜角。针对扭曲薄壁件的成形过程,设计了光头层间不停光连续扫描和光头层间停光间断扫描等2种扫描路径,并确定光头层间停光间断扫描为合适的扫描路径。通过对Z轴增量和熔池温度的控制,得到了外观光滑、表面粗糙度值低、壁厚均匀、成形质量较高的成形件。     

激光熔覆三维成型变截面试件的实验研究

基于自主研发的新型喷嘴,设计了采用光内送粉方式进行变截面试件堆积的模型.变截面复杂零件的堆积实验表明:采用层高开环控制,不断改变并实时监测影响高层堆积的z轴增量,保证离焦量基本不变,可以制作出267层的高层堆积件.对所堆积的三维回转体成型件的宏观与微观质量分析检测表明:变截面三维零件内部组织致密,硬度高且分布均匀,晶粒细小,表面粗糙度良好,微观质量较好.     

送粉激光熔覆中送粉速率对激光束与粉末流相互作用的影响

引入经典光学理论计算激光束与粉末流的相互作用，藉此研究了送粉速率对工件表面激光强度分布和不同位置颗粒温度的影响。计算结果表明：随送粉速率的增加，激光强度以及颗粒温度的最高值都显著降低：同时，激光强度分布和不同位置颗粒温度趋于均匀。由于对激光熔池中动力学过程的潜在影响，这些结果应在描述激光熔覆过程的数学模型中加以考虑。     

自动送粉法激光熔覆的工艺操作图

使用自动送粉装置及２ｋＷｏ、ＣＯ＿２激光器在Ｑ２３５钢板上进行钴基合金的激光熔覆试验，研究了激光熔覆过程中主要综合工艺多数对熔覆层宏观形貌的影响以及激光熔覆临界状态与最佳状态间的联系。以此为依据建立了自动送粉法激光熔覆的工艺操作图。     

送粉激光熔覆过程中熔覆轨迹及流场与温度场的数值模拟

提出了一种送粉激光熔覆中熔覆层表面形状及厚度的计算模型。将熔覆过程中固相区、两相区和液相区作为一连续介质，用非稳态固液相变统一模型来描述其流场与温度场，并采用固定网格移动坐标来处理带移动热源的流动与传热问题。能量方程用显焓表示，有关潜热的非稳态项与对流项均做为其源项处理。用Lambert—Beer定理和米氏理论计算粉末流与激光光束的相互作用，使模拟适用于送粉浓度较大的情形。数值模拟程序是在流体动力学软件PHOENICS基础上，通过添加源项、边界条件、熔覆层轨迹计算以及激光束和粉末流相互作用等相应模块实现。对钢基底上熔覆钴基合金Stellite6进行模拟所得到的计算结果与实验结果基本一致。     

三光束光内同轴送丝激光熔覆成形新方法研究

目的研究"三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法以及单向、多向单道熔覆成形效果。方法采用光线追迹法分析了三光束光斑几何特性,运用TracePro分析了光斑能量分布。利用研制的三光束光内送丝装置进行了单向以及多向单道熔覆实验,对其展开成形表面质量以及单道熔覆层的组织和硬度分析。结果 "三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法可以将原始圆形激光束整形为周向均匀分布的三个扇形光斑,三个光斑光通量均沿着z轴方向呈"尖顶状"分布,丝材能够被三个光斑均匀包裹。基材和丝材采用不锈钢304材料,丝材线径为0.8 mm,负离焦量为2.5 mm,激光功率为1500 W,扫描速度为3.5 mm/s,送丝速度为20.5 mm/s,展开单向和多向单道熔覆成形测试,丝材熔化充分,熔覆层表面均匀平滑。熔覆层形貌和质量基本不受扫描方向的影响。单道熔覆层和基体结合良好,组织整体比较细密,无气孔和裂纹等缺陷,熔覆层底部到顶部晶粒形态主要为树枝晶、柱状晶、胞状晶和树枝晶,熔覆层组织为铁素体δ和奥氏体γ,凝固模式为FA模式,熔覆层底部到顶部铁素体δ的主要形态为板条状铁素体、蠕虫状铁素体、骨架状铁素体和板条状铁素体。熔覆层的平均硬度(228HV)明显高于基材硬度,熔覆层底部到顶部的硬度过渡平稳,不存在明显软化区,组织整体比较细小致密,晶粒分布均匀。结论 "三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法可以实现光、丝耦合,基材和丝材采用不锈钢304材料,选择合理的工艺参数,可以获得理想的单向以及多向单道熔覆成形效果。     

双线斑激光内送粉宽带熔覆温度场数值模拟与工艺研究

目的 研究双线斑激光内送粉宽带熔覆温度场分布特性及其工艺参数对熔覆层形貌和几何特征的影响,为双线斑激光内送粉宽带熔覆在工件表面的强化、修复、改性以及宽带成形的应用提供试验与数据参考。方法 基于半椭球体热源模型,利用ANSYS软件对单道宽带熔覆过程中的熔池温度场进行数值模拟,并结合工艺试验分析离焦量、送粉速度、激光功率、扫描速度对熔覆层形貌和几何特征的影响。结果 利用半椭球体热源模型进行的数值模拟能够较为合理地反映出双线斑激光内送粉宽带熔覆过程的温度场分布,在离焦量为0 mm和负离焦量下,熔覆单道的温度分布云图均呈“带式彗星”状,熔覆层横截面上的高温区域呈现“平底形”分布,纵切面上的高温区域呈“V”形和不对称的“W”形,且两者随着深度的增加,均逐渐过渡到半椭圆形;离焦量、送粉速度、激光功率和扫描速度对熔覆层的宽度、厚度、稀释率及表面平整度都有很大的影响。结论 “带式彗星”状的熔覆单道温度分布,使得熔池前方温度梯度较大,后方温度梯度较小。横切面上“平底形”温度分布可以强化熔覆层与基体在宽度方向上的结合程度。在304不锈钢基板上熔覆KF-355金属粉末,选取离焦量为0 mm、送粉速度为45 ...     

中空激光光内送粉熔覆技术的熔池流场与温度场模拟

基于中空激光光内同轴送粉的激光快速成形工艺．对光粉耦合原理进行了分析。光内同轴送粉成形过程中,粉流稳定易控,光粉耦合性好。且金属粉末的有效利用率远高于传统光外送粉工艺。通过改变占空比和离焦量,得出两者分别对能量分布密度的影响．为工艺试验参数的选择提供依据。运用ANSYS有限元分析软件,对环形中空激光熔池三维流场和温度场进行了分析。环形中空光内熔池具有两对四环对流特点。随着熔覆层高度的增加。基板和熔池的温度会越来越高：激光束在基板和熔覆层表面经过的距离越长．温度场也发生明显变化．时间越长．温度越高。     

光内送丝激光熔覆修复砂光机轧辊

采用激光光内送丝法并利用多道搭接熔覆技术,对20钢砂光机轧辊的凹坑缺陷进行修复,结果表明,修复后的轧辊其几何尺寸复原,添加材料的组织性能优于基体,二者的界面达到了良好的冶金结合,修复层与凹坑周围基体的残余应力很小,无几何变形.     

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。     

送粉式激光熔覆粉末有效利用系数的检测方法及其影响因素

利用金相检测法建立了送粉式激光熔覆过程中反映熔覆层宏观参数、工艺参数之间的相互关系的粉末有效利用系数的方程。确定了作用时间内粉末有效利用系数的计算方法,系统分析了影响粉末有效利用系数的因素。为定量描述熔覆层与基体材料在界面的结合状态,提出了冶金结合系数的概念。在激光功率、光班尺寸保持不变的条件下,作用时间内的粉末有效利用系数随扫描速度的增加而增大,随送粉速率的增加而增大。对粉末有效利用系数随扫描速度的变化再现最大值的现象给出了合理的解释。     

超薄板材上Nd:YAG脉冲激光送粉熔覆研究

研究了为满足特定图案要求在超薄板材 ( 0 1～ 0 15mm)上进行Nd :YAG脉冲激光送粉精细熔覆过程中激光熔覆特性、侧向和同轴喷嘴送粉熔覆、基体的真空吸附夹紧和强迫制冷、熔覆层几何形貌、元素分布和微观组织特性等因素。得到了熔覆层高宽比为 0 88和 0 5、质量良好的熔覆图案