超声振动对激光熔覆过程应变场的影响研究(特邀)

激光熔覆凭借其热影响区小、组织致密、结合强度高等优点,广泛应用于航空、动力、冶金等领域。然而,由于熔覆过程剧烈的加热和冷却,产生的不均匀应变易导致残余拉应力。超声振动在加强熔池流动、降低温度梯度以及均匀组织分布等方面具有显著效果,有望减小并均匀化应变场,为此文中在316L不锈钢基板上开展了超声辅助激光送丝熔覆试验,研究超声对熔覆过程应变场的影响。为表征超声辅助激光熔覆过程中的应变场变化情况,引入数字图像相关技术(Digital Image Correlation,DIC),并基于其误差来源提出了优化的散斑质量评价指标,制备了适用于观测激光熔覆过程应变分布的高温散斑;采用高速相机对熔覆过程进行原位观测与DIC分析,并对比有无超声振动时的应变分布情况,阐明了超声振动对激光熔覆过程的应变场影响规律。结果表明:超声振动能显著均匀化应变集中区域并减小应变峰值。沿垂直熔覆层方向最大应变值由0.0167降至0.0094,降低了43.47%,同时距熔覆层1 mm处P_(1)点在整个熔覆过程的x、y方向应变峰值降低幅度可达30.15%。超声振动对应变场的作用效果随超声功率的增加而愈加显著。超声作用下熔池表面出现明显波动,熔池流动加剧,熔覆层内颗粒状析出相得到抑制。文中研究结果为激光熔覆过程应变实时监测提供了方法参考,并为高质量激光熔覆成形提供技术支撑。