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0.26mm和–0.05mm,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、23 000μm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。

同轴送粉工艺参数对激光增材再制造喷嘴粉流流场的影响规律

激光增材再制造同轴送粉喷嘴粉流汇聚特性是影响零件成形质量和成形效率的重要因素,基于DEM-CFD耦合方法,开展三维同轴送粉喷嘴粉-气流场仿真分析,依据表征粉流汇聚特性的喷嘴中心轴向粉流分布浓度、焦点距离、上焦点截面粉流分布浓度和单位距离粉流分布浓度等参数,设计单因素试验,在喷嘴结构不变的条件下,分析输粉气流速度、送粉速率和中心光路保护气速度对粉流分布的影响规律。结果表明:输粉气流速度越大,焦点距离越小,轴向粉流分布浓度越小,上焦点截面粉流浓度分布直径越小,单位距离粉流分布浓度越大,粉流的集聚性越好;中心光路保护气速度对粉流焦点浓度影响较小,保护气速度越大,焦点距离越大,上焦点截面粉流浓度分布直径越小,单位距离粉流分布浓度增加,粉流的集聚性越好;送粉速率对焦点距离影响较小,送粉速率越大,喷嘴轴向粉流分布浓度越大,上焦点截面粉流浓度分布直径越大,单位距离粉流分布浓度出现先增大后减小的趋势。

磨损失效零件激光增材再制造性神经网络量化评价方法

针对现有激光增材再制造性评价方法主观性强、效率低等不足,提出一种失效数据驱动的磨损失效退役零件增材再制造性神经网络量化评价方法。根据磨损失效退役零件的激光增材再制造修复难易程度与失效模式相关的特点,以修复路径规划可行性、运动轨迹规划可行性、激光熔覆材料选择、再制造时长、再制造经济性为评价指标,构建磨损失效退役零件激光增材再制造性层次评价模型;通过退役零件失效区域的修复路径规划、修复设备运动轨迹模拟和碰撞检测进行修复路径可行性和运动轨迹可行性指标量化,并定义再制造时长、经济性指标的量化公式。以多个同类零件为对象,通过上述量化评价方法构建样本空间,基于神经网络训练获得再制造性神经网络量化评价模型,实现同类零件的快速激光增材再制造性评估。最后,以碎煤机端盘为例对所提方法进行验证,结果表明了该方法的可行性与有效性。根据失效数据与退役零件再制造性之间的映射关系,可实现磨损失效零件增材再制造性的快速量化评价,为其工程应用提供技术支撑。

激光增材再制造工艺规划及性能提升研究进展

激光增材再制造技术因具有修复速度快、修复质量高等优势而在修复领域得到广泛应用,而如何得到理想的使役性能是再制造的核心问题。本文首先阐述了激光增材再制造的概念及工艺流程,然后综述了修复区几何形状、修复区尺寸和粉末沉积路径这三个因素对再制造质量的影响,总结了提升修复区性能的方法,最后对激光增材再制造进行了展望。

预制坡口角度对激光增材再制造IN718合金组织与性能的影响

目的研究在激光增材再制造IN718合金过程中,不同预制坡口角度对其组织与性能的影响。方法利用激光增材再制造技术对不同预制凹槽进行逐层叠加修复,采用光学显微镜观察显微组织,采用扫描电镜观察断口形貌,采用维氏硬度计对再制造试样进行硬度测量,采用残余应力测试仪测量再制造后基体表面的残余应力,采用万能拉伸试验机进行拉伸力学性能测试。结果当预制坡口角度大于130°时,能得到无组织缺陷、成形质量良好的增材再制造试样;当预制坡口角度小于110°时,修复界面会出现熔合不良现象,且修复区内部会出现裂纹。预制大的坡口角度进行激光增材再制造试验能获得组织更加细密、硬度分布更为均匀的再制造层,且大的坡口角度能有效降低再制造试样基体的残余应力。增大坡口角度有助于提高再制造试样的塑性,随着坡口角度的减小,再制造试样的力学性能变差。结论在进行激光增材再制造试验时,不宜预制过小的坡口角度,应根据损伤情况预制坡口角度较大的凹槽,有助于增加再制造成形件的组织均匀性,提高其力学性能。

激光增材再制造IN939修复区显微组织与拉伸性能研究

目的研究采用IN939粉材对镍基高温部件增材修复的可行性,获得增材修复区微观组织与性能分布规律,为燃机部件修复提供支持。方法探索了IN939合金激光熔覆成形工艺,并进一步开展了IN939增材修复镍基合金梯形槽试验研究,分析了增材修复区显微组织结构与物相组成,研究了激光再制造过程组织变化对修复区显微硬度、拉伸性能的影响。结果IN939激光修复区形貌良好,组织致密,无明显裂纹、气孔等缺陷。熔覆层主要存在γ奥氏体相和Laves相。IN939修复区由底部至顶部,冷却速率逐渐减小,导致一次枝晶间距逐渐增大,Laves相分布先增多后略有减小。修复区界面处的平均横向残余拉应力为346 MPa。修复区显微硬度由底部至顶部呈现先增大后略有减小的趋势,修复区的平均显微硬度强于基体。修复件的平均屈服强度为548 MPa,极限抗拉强度为959 MPa。激光修复件的拉伸断裂于基体上,显示出IN939合金与基体良好的冶金结合。结论激光增材修复后,IN939镍基合金修复区的机械性能与结合性能良好,采用IN939粉材进行镍基高温合金的激光增材修复具备可行性。

基于激光增材再制造技术的MMD 625齿板修复方法

齿板是MMD 625破碎机的关键部件之一,它的性能直接影响破碎机的破碎效率。分析了齿板磨损原因,阐述了对齿板修复技术的研究进展,指出了现有修复技术存在的一些问题,提出了采用激光增材再制造技术修复齿板的方法,对该技术原理和研究现状进行介绍,观察了熔覆试件细观形貌特征,并进行硬度测试,结果表明,采用激光增材再制造技术能够提高零件表面强度和硬度,对零件基体产生的热损伤几乎可以忽略不计。

基于响应面法的H13模具钢激光增材再制造工艺优化

本研究采用中心复合响应面法对H13模具钢的激光增材再制造工艺参数进行优化,将激光功率(A),扫描速度(B)和送粉量(C)等激光再制造工艺参数作为优化变量,修复层宽度(W)、高度(H)和显微硬度(HAR)等成形特征作为响应值,通过方差分析构建了工艺参数与修复层成形特征值之间的回归预测模型。通过建立摄动图与三维响应面图分析了工艺参数之间的交互作用对修复层成形特征的影响规律。结果表明,修复层的宽度和高度均随激光功率的增加而增加,随扫描速度的增加而减少。提高送粉量有助于提高修复层高度,但是不利于修复层宽度的增加。同时提高扫描速度和激光功率情况下容易获得较高的硬度值。最后,H13模具钢的最佳激光增材再制造工艺参数确定为:激光功率为2.8 kW,扫描速度为4 mm/s,送粉量为16 g/min。

激光增材再制造在飞机维修中的应用

飞机在服役的过程中,为了保证飞机的飞行可靠性,确保飞机的飞行安全,需要对飞机进行日常的维护和修理,飞机维修也是我国航空业不可或缺的部分。激光增材再制造技术为飞机设备维修提供了新的可能,作为一种新的工艺技术,可有效地应对飞机维修过程中所需的新材料和新结构等。

基于数值模拟的激光增材再制造薄壁件的工艺优化

为探究工艺参数、扫描方式、坡口形状对激光增材再制造薄壁件的影响规律,基于ANSYS有限元分析软件,对激光增材再制造316L不锈钢薄壁件的温度场、应力场进行数值模拟分析。结果表明:激光功率、扫描速度过大或过小均会引起残余应力某一分量增大;选用垂直交叉扫描方式可以减小残余应力大小,但可能会引起修复区与基体结合区应力过大,导致裂纹的产生;通过比较两种坡口形状的应力分布,无棱边的坡口形状可以减小结合区的应力集中,并有效减小基板的变形量。最后设计试验,验证不同坡口形状对激光增材再制造试样质量的影响。试验结果表明,弧形相较梯形坡口形状,基材与修复区之间形成了良好的冶金结合,微观组织结构更均匀且硬度也有相应的提升,验证了仿真的正确性。

不同时效温度下激光增材再制造IN718合金层的组织与性能研究

研究了不同时效处理对激光增材再制造IN718合金组织及性能的影响。结果表明,时效处理不能改变激光增材再制造IN718合金的外延生长组织特征,但在微观上能够影响Laves在枝晶间的含量和形态。在不同时效温度条件下,随着时效时间的增加,γ"相逐渐长大并在保温一定时间后发生γ"相到δ相的转变,且时效温度越高,所需时间越短。此外,不同时效温度下处理后的修复区显微硬度和抗拉强度随时间均表现出先增后减的趋势。720℃条件下,显微硬度(HV0.2)在时效16 h时出现峰值4100 MPa,而760和800℃条件下时效4 h时出现峰值,分别为3850和3610 MPa。720,760及800℃时效条件下不同时效时间对应的抗拉强度最大值分别为1153,1090和1026 MPa。

激光增材再制造20G/Inconel625复合板工艺研究

采用激光增材再制造技术,在垃圾焚烧锅炉水冷壁钢板表面激光熔覆一层Inconel625合金覆层,形成20G/Inconel625复合材料,研究了激光功率对Inconel625合金复合层稀释率、宏观形貌、微观组织和硬度的影响。结果表明,采用双层激光熔覆方式,底层和面层的功率为5000 W,扫描速度为5000 mm/min,送粉速率为40.3 g/min,搭接率为60%时,复合层Fe稀释率低于5%,表面平整、无气孔。复合层结合区的组织主要是胞状枝晶和次生枝晶,层间重熔区主要是柱状晶,柱状晶周围分布着网状二次枝晶,面层一次熔化区主要是等轴晶。

水轮机叶片激光增材再制造的温度场与应力场仿真研究

水轮机转轮及叶片为水轮机的核心构件,但在水轮机长时间运转过程中易出现不同程度的空蚀现象。激光增材再制造技术由于具有效率高、热输入低、结合性能好等特点,可作为该类缺陷的有效修复手段。建立水轮机叶片激光增材再制造三维有限元模型,计算激光增材再制造区域温度场和应力场的瞬态分布规律。结果表明,激光增材再制造过程对水轮机叶片的温度、应力和应变影响主要集中在增材再制造区域附近。单道激光增材再制造热影响范围约为10 mm,四道激光增材再制造热影响范围上升至25 mm。此过程所产生的变形极小,在完成四道激光增材再制造后,中心横截面所产生的最大变形为0.15 mm,对水轮机叶片整体影响不大。

增材再制造产业的现状与发展

增材再制造基于增材制造技术,能实现零部件损伤部位尺寸恢复和零部件性能恢复或提升,是一种颠覆性新加工技术。该技术对关键产业起到赋能作用,能够促进产业高质量发展。针对金属增材再制造技术,具体阐述了激光增材再制造、电弧增材再制造和电子束增材再制造技术的工艺特点,并详细地分析了增材再制造技术在钢铁冶金、船舶、航空航天、电力、交通、模具等行业的应用。最后,提出了增材再制造技术当前要解决的共性技术、制造装备和行业标准问题,指出要实现增材再制造技术的发展,必须从顶层设计、人才教育培训和创新体系角度来加强,才能实现再制造技术与传统产业融合发展和制造业的转型升级,催生产业生态。

贯穿裂纹损伤的压缩机叶轮激光增材修复工艺研究

在复杂的服役载荷作用下,某型号CO_(2)压缩机第七级叶轮轮盘处出现了“贯穿裂纹”,极大地影响了安全生产。为了快速高效地恢复叶轮的功能,对激光增材温度场与修复工艺进行了研究。建立逐层沉积有限元模型,进行温度场数值模拟,指导工艺参数优化;开展损伤叶轮增材再制造方案设计与实验,检测叶轮增材再制造质量,进行台架考核实验。研究结果表明:叶轮激光增材开始阶段温度降低,需增加热源输入量;增材再制造质量检测包括再制造区域结合强度、无损探伤、动平衡测试、工业CT与荧光检测均满足规定标准要求;上机考核,试机一次成功,满足了企业生产要求。叶轮增材再制造实验与实践验证了增材方案设计的合理性与工艺的可靠性。

毛坯基体形态对再制造同轴送粉粉流场影响规律分析

在激光增材再制造中,气粉流冲击基体表面的反射情况是影响成形质量和效率的重要因素。由于加工基体形态各不相同,粉末撞击基体后粉流场的变化情况不尽相同,以气固两相流为理论基础,采用EDEM与FLUENT软件耦合仿真,分别对规则基体边界、薄壁基体厚度及弧面基体曲率三种基体变化情况下的气粉流场分布特性进行了研究及实验验证。结果表明:在喷嘴中心轴线远离边界的过程中,壁面接触部分气流场,紊流现象显著,侧壁低速区缩小,负压范围减小,有效加工范围内颗粒数量呈指数趋势减小;随着薄壁基体宽度的增加,气流场范围向两侧发展明显,加工中心点颗粒的体积浓度逐渐降低,有效加工范围颗粒数量先增加然后维持稳定;随着弧面曲率的增大,凸面基体径向颗粒的体积浓度增大,焦点范围减小,粉流有极好的汇聚效果,凹面基体粉流集聚性较差。