激光熔覆技术研究进展

激光熔覆技术是一种先进的材料表面改性技术,具有稀释率小、熔覆层组织致密、涂层与基体结合良好及工作环境无污染等优点。从激光熔覆喷头、激光熔覆工艺、激光熔覆材料、激光熔覆技术的工业应用这4个方面,综述了激光熔覆的研究进展。其中,在激光熔覆喷头方面,介绍了激光光斑的种类及转换原理和熔覆材料的引入方式,总结了激光束与粉束的耦合模式和熔覆喷头的种类,包括旁轴送粉熔覆喷头、光外同轴送粉喷头、光内同轴送粉喷头以及特殊工况下的熔覆喷头。在激光熔覆工艺方面,阐述了工艺参数对熔覆层宏观形貌和组织性能的影响,总结了激光熔覆复合工艺的辅助加工方法,论述了超高速激光熔覆新工艺的原理及技术优势,并介绍了激光熔覆过程控制的研究进展。在激光熔覆材料方面,阐述了熔覆材料的种类及增强相的添加方式。在激光熔覆技术的工业应用方面,介绍了激光熔覆技术在矿山机械、模具再制造以及铁路修复等领域的应用。最后对激光熔覆技术的发展趋势及应用前景做出了展望。

开放环境下钛合金激光熔覆的局部气氛保护模型

针对开放环境下钛合金在激光熔覆过程中易被氧化的问题,提出了一种局部气氛保护模型。采用Fluent软件分析了不同保护气体流量下局部保护喷嘴可提供的有效保护气氛范围,并通过三次多项式拟合建立了气流有效保护长度的数学模型;然后利用响应面法建立了包括保护气体流量在内的工艺参数与熔覆过程中待保护高温区域长度之间的二次回归模型;对两个模型进行联立分析,最终建立了开放环境下钛合金激光熔覆的局部气氛保护模型。验证试验所得单道熔覆层形貌良好,表面呈银白色的金属光泽,说明熔覆过程中熔池及其周围高温区域得到了有效保护。所建局部气氛保护模型可用于指导开放环境下钛合金激光熔覆过程中保护气体流量的选用。

基于光内送粉多元扭曲结构的随形离散分层成形研究

基于光内送粉激光熔覆成形技术,进行了多元扭曲结构件的激光熔覆成形研究。基于结构件的扭曲特征,提出采用随形离散分层法对扭曲结构件作二次离散,解决了扭曲结构件中截面渐变结构的分层问题。依据获得的激光熔覆喷头空间运动轨迹信息,进行了多元扭曲结构件的成形。结果表明:成形的扭曲结构件表面基本平整,无宏观裂纹,表面粗糙度值在5.579μm以内;成形件平均厚度为6.03 mm,成形精度较高,形状尺寸误差在-3.45%~3.09%之间;成形件的显微硬度在271.6~284.5 HV之间,显微组织致密均匀,无明显的气孔和裂纹缺陷。

基于响应面法和遗传神经网络模型的高沉积率激光熔覆参数优化

在大功率激光熔覆成形中,熔覆层的沉积率是决定成形效率及质量等的重要因素。采用Box-Behnken(BBD)及正交法进行了激光熔覆单道沉积实验设计,研究了激光功率、送粉速率、扫描速度和离焦量对沉积率的关系。分别建立了响应面法(RSM)模型和经遗传算法优化的神经网络(GA-BP)模型,同时预测并优化了沉积工艺参数。经遗传神经网络模型优化后的工艺参数得到的最大沉积率为61.74 g/min,高于响应面法优化得到的53.55 g/min。结果表明:遗传神经网络模型的预测、泛化及优化能力要优于响应面法模型,使用遗传算法优化后的神经网络模型可为实现高沉积率激光熔覆成形提供更有效的预估方法。