工艺参数对钴基合金等离子熔覆残余应力的影响

目的 探究钴基合金等离子熔覆在不同工艺参数下残余应力的分布规律,选取最优工艺参数组合,以达到降低残余应力的目的。方法 设计正交试验,采用等离子熔覆技术制备9组不同工艺参数下单道钴基等离子熔覆样件,利用盲孔法对每个样件的熔覆起点、中间位置及终点位置的残余应力进行测量,分析工作电流、扫描速度、送粉速度等工艺参数对残余应力的影响规律。结果 工件表面残余应力主要以拉应力为主,其中间位置的残余应力最大。各个位置平行于扫描路径方向的残余应力均大于垂直于扫描路径方向的残余应力。当工作电流为92 A、扫描速度为100 mm/min、送粉速度为12 r/min时,所成形的样件残余应力最小。结论 工作电流对熔覆起点和终点平行于扫描路径方向的残余应力影响最为显著,其余各位置各方向上,影响最显著的因素为扫描速度。工作电流越大,残余应力越大;随着扫描速度的增大,残余应力不断变小;随着送粉速度的增大,残余应力有增大的趋势。选取合适的工艺参数组合能够有效地控制残余应力。     

Q345钢激光熔覆的残余应力分析

针对因残余应力而出现的熔覆层表面开裂等问题,设计了合理的试验方案,获得熔覆与冷却过程中工件的残余应力值。根据残余应力值比较不同工艺路线的优劣,发现工件预弯能够显著降低残余应力。同时使用ANSYS进行仿真分析,模拟工件的温度场与应力场。分析得到,工件因纵向塑性畸变而产生的纵向应力是残余应力的主要成分。     

多道激光熔覆应力场的模拟分析

实现了对应力场随时间变化的动态模拟分析,发现熔覆层纵向应力最大,横向应力次之,厚度方向应力最小;熔覆层中心一直处于拉应力状态并产生拉伸塑性变形;三向拉应力在材料进入弹性状态后,表现为横向和厚度方向上的拉应力明显下降,纵向应力基本保持不变;对于材料的拉伸或压缩塑性变形,热应变起到决定作用;分析送粉式激光熔覆内应力的产生机理表明,熔覆层中心靠近基体区域对裂纹最敏感,该区域处于第三类主应变状态.     

多道激光熔覆温度场的有限元数值模拟

分析了激光熔覆过程中温度场的主要影响因素,在主要考虑边界条件和热源数据的基础上,建立了送粉式激光熔覆多道搭接情况下温度场的有限元计算模型,并对板材上搭接三道熔覆层的熔覆温度场进行了三维数值模拟,得到了每道熔覆层上中心点的温度变化规律.结果表明,在激光熔覆过程中每道熔覆层中心点上的温度随时间延长呈锯齿状变化,且每个中心点所能达到的最高温度并不相同.此外,搭接情况下,熔覆层中心点每次升温前的最低温度是随着熔覆顺序的进行而逐渐升高的,且升高趋势类似于抛物线.此计算结果合理,为研究应力场和应变场的变化规律打下基础.     

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。     

激光熔覆多层涂层温度场的数值模拟

基于ANSYS生死单元技术,建立了多层激光熔覆三维有限元分析模型,获得多层激光熔覆温度场的分布规律,同时分析预热温度对激光熔覆热循环的影响.试验结果表明,平行于热源移动方向的节点加热速度较快,降温速度缓慢;垂直于热源移动方向的节点,距离熔覆层中心越近,加热速度和冷却速度越大.y方向的结合处节点的温度梯度大于x方向的结合处节点的温度梯度;热输入保持不变时,随着预热温度的升高,加热速度变化较小,峰值温度升高,相变温度以上停留时间变长,但高温停留时间变化不大.预热温度为200?℃时,t8/5约为未预热下的3.2倍,预热可以减小熔覆层开裂倾向,有效降低涂层应力.     

重熔及退火对316L不锈钢激光熔覆层残余应力的影响

选用316L不锈钢粉末在Q235钢板上进行激光熔覆,并对熔覆试样进行了激光重熔和退火处理。利用盲孔法对熔覆层及基体的残余应力进行测试,采用光学显微镜、维氏硬度计对熔覆层进行微观组织观察和硬度测试。结果表明,激光重熔后熔覆层组织结构未发生显著改变;熔覆层经600 ℃退火2 h后晶粒有轻微长大,经800 ℃退火2 h后发生再结晶,枝状晶数量减少。经过激光重熔和退火工艺后,显微硬度仍维持较高值。激光重熔最多能使残余应力降低55.9%,而合理的退火处理工艺能使残余应力降低70%以上, 800 ℃退火2 h时残余应力的改善效果最显著,残余应力降低了83.8%。     

激光多层熔覆制备厚陶瓷涂层

研究了压片预置式激光多层熔覆纳米团聚体Al2O3-13%TiO2粉末制备厚陶瓷涂层,试验中通过保温箱对试样进行预热和缓冷处理、引入超声振动及对熔池温度闭环控制等措施来控制熔覆层的裂纹.结果表明,厚陶瓷涂层各层之间无明显界面,过渡缓和自然,涂层内部致密、连续、基本无孔隙及贯穿性大裂纹等缺陷;涂层由等轴晶的完全熔化区和残留纳米颗粒的部分熔化区组成,而且涂层中的裂纹基本集中于部分熔化区;另外由于经历激光的多次加热,下部区域的晶粒组织要大于上部区域,而由于保温箱的缘故,整个涂层晶粒偏大.     

铝合金表面激光熔覆铜合金层中的裂纹及其有限元分析

采用激光熔覆方法在铝合金表面得到了铜合金熔覆层,试验观察到在熔覆层与基体表面界区域易于产生宏观裂纹,在熔覆层顶层易于产生微观裂纹。利用MSC／NASTRAN有限元分析软件对熔覆层横断面内平面残余热应力进行了模拟分析,得出了其残余热应力分布,解释了涂层中的裂纹现象。     

未熔合对厚板多层多道焊残余应力影响的数值模拟

基于逐层激活建模方式实现对多层多道焊的模拟,采用混合热源模型建立了不等厚X70管线钢板多层多道焊接有限元计算模型,模拟并分析了焊接过程温度场、应力场的演变。此外,在模型中引入了未熔合缺陷,并通过等效处理实际管道运行载荷情况,重点模拟并分析了未熔合缺陷对焊后残余应力分布和X70管道运行安全状态的影响。结果表明,补焊焊缝未熔合缺陷未导致焊后残余应力的明显增加,未熔合处最大等效应力470 MPa,未超过X70管线钢母材屈服强度。等效工况下未熔合处最高等效应力达到592 MPa,补焊焊缝的两侧焊趾处存在两处条状高应力区域,等效应力超过550 MPa,均超过母材屈服强度,但未达到抗拉强度。计算结果与试验结果吻合良好,证明了模型的可靠性和准确性。     

胀形对TC4合金环锻件残余应力及分布的影响

对TC4合金辗轧环锻件残余应力进行了测试,分析了胀形技术对TC4合金辗轧环锻件残余应力及分布的影响。结果表明,采用绘制雷达图的方式可对环形件残余应力大小和分布均匀性进行有效表征和分析,采用胀形技术可实现辗轧环件的残余应力调控。现有辗轧及胀形工艺下,TC4合金环件表面残余应力均为残余压应力,且在-50~-150MPa范围内波动;残余应力分布雷达图存在“尖角”,胀形后“尖角”趋于平缓;经胀形处理后环件残余应力均值略有降低,周向应力较轴/径向应力的降幅更加显著,内环面与上端面周向应力经胀形后应力均值降幅分别达24.8%与20.2%;经胀形处理后环件残余应力均匀性整体有所提高;仅下端面周向应力大小及分布均匀性改善效果不明显。     

Laser multi-layer cladding of Mg-based alloys

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＭｇ ｂａｓｅｄａｌｌｏｙｓｈａｖｅｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎａｉｒｐｌａｎｅａｎｄａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｉｎｄｕｓｔｒｙｂｅｃａｕｓｅｏｆｌｏｗｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｓｐｅｃｉｆｉｃｍｏｄｕｌｕｓ[1] .Ｈｏｗｅｖｅｒ,ｔｈｅｙｈａｖｅｐｏｏｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ .ＴｈｅｅｘｔｒｅｍｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＭｇ ｂａｓｅｄａｌｌｏｙｓｉｎｔｈｅｅｌｅｃ…     

回火处理对多道Ni基熔覆涂层组织和耐蚀性能的影响

利用6 kW多模横流CO2激光器在45钢表面熔覆了Ni60CuMoW合金粉末,并对熔覆涂层进行了回火处理。通过OM、XRD、SEM、EDS和电化学综合测试系统等手段分析了激光功率和回火复合处理对熔覆层组织和耐蚀性能的影响。结果表明：熔覆层与基体呈良好的冶金结合,熔覆层组织致密。熔覆层主要由富含Ni的基体相γ（Ni,Fe）、固溶体（Ni,Cu）、化合物Ni31Si12、BCr、Cr5 B3、BNi3、FeNi3和M23 C6（M=Cr、Ni、Fe）等组成。随着激光功率的增加,熔覆层与基体间的过渡区域更加平滑。试样耐蚀性随激光功率的降低而增强,腐蚀电位明显正移,腐蚀电流密度降低近2个数量级。对单道涂层试样,回火处理后的耐蚀性好于回火前,而多道熔覆层的耐腐蚀性又优于单道。     

典型封闭环焊缝多道焊焊接残余应力的模拟分析

针对两种典型的封闭环焊缝焊接--圆盘镶块和平板垂直接管的多道焊焊接进行了三维数值模拟,分析采用子程序来实现高斯分布表征的热源移动,得到了焊接的热循环过程及焊后残余应力分布.分析表明,封闭环焊缝在起焊/收焊区域的残余应力状况复杂,存在较大的环向残余拉应力,往往会诱使焊缝开裂失效.相比而言,接管环焊缝的应力状况更应引起足够的重视.     

盲孔法与压痕法测量2219铝合金熔焊焊缝残余应力的对比分析

采用盲孔法和压痕法,分别对2219铝合金变极性TIG焊焊缝两侧的残余应力进行测量,测量点沿距焊缝中心线19 mm的纵截面上布置.铝合金熔焊的残余应力关于焊缝中心线近似对称相等,在焊缝中心线任一垂直线上,距离焊缝中心线距离相等的两点应力相等.分别用两种应力测量方法测量焊缝中心线两侧应力,对比两种测量方法对同一大小的应力测量的差别.测量结果表明,盲孔法与压痕法应力测量结果变化趋势大体一致,沿焊缝方向应力呈现抛物线状,在焊缝中部存在应力最大值.根据两种测量方法的回归曲线,压痕法测量结果比盲孔法大20 MPa左右.通过R软件做配对样本的t检验分析,在置信度为0.95时,压痕法测量结果减盲孔法测量结果的差值的置信区间为(14,37),平均差值为25 MPa.     

Y25型转向架多层多道的焊接变形数值模拟

针对Y25型转向架的焊接工艺特点,采用焊接数值模拟软件SYSWELD,通过热弹塑性有限元方法,对Y25型转向架侧梁进行了热弹塑性有限元模拟,得出了采用不同焊接方向时侧梁的变形规律。结果表明,在几种焊接方向下侧梁发生的变形趋势基本一致,但在不同的焊接方向下产生的角变形平均值变化率达到了7.82%,该变化率与选取的模拟方向有关;在不进行对称焊接的情况下,改变焊接方向不可能完全改变焊接变形的趋势。     

激光熔覆工艺对镍基碳化钛熔覆层组织的影响

通过对激光熔覆镍基碳化钛熔覆层组织的微观形貌和成分分析,研究了激光功率和扫描速度对熔覆层的碳化钛和硬质相碳化物的溶解和析出后的形态的影响。结果表明,使用较低功率或较高的扫描速度时,熔覆层中出现了未熔化的碳化钛,功率较大和扫描速度较低时,碳化钛全部以树枝晶的形态从液态镍中析出来。达到一定的功率时,硬质相碳化物是从液态镍中析出的二次相,且当扫描速度较快时,熔覆层还会出现成分不均。