原位重熔对倾斜基体激光熔覆层形貌修正和组织演变影响的仿真和试验研究

为了研究原位重熔对倾斜基体激光熔覆层形貌和组织的影响,首先使用有限元仿真软件对倾斜基体激光熔覆及其原位重熔过程进行数值模拟,分析基体倾斜角度对熔覆层形貌的影响,研究重熔作用下熔池速度场和温度场的分布情况以及多道熔覆层宏观形貌的变化;然后进行倾斜基体熔覆层原位重熔试验,采用光学显微镜对重熔前后熔覆层的表面形貌进行分析,采用维氏硬度计、摩擦磨损试验机及三维轮廓仪等对重熔前后熔覆层的力学性能进行研究,进而研究原位重熔作用下熔覆层微观组织的变化。结果表明:熔覆层形貌主要受重力影响,当基体倾斜角度大于90°时,熔覆层溶质会发生滴落,极大地损伤熔覆层形貌;在熔覆道搭接区进行原位重熔对熔覆层平整度的提升作用最大,重熔后的表面不平整度由0.165降低到0.056;与重熔前相比,重熔后的表面粗糙度下降了69.5%,表面硬度提升了约70 HV,磨损率降低了76.3%;重熔后,熔覆层中上部的大量树枝晶转变为等轴晶,微观组织得到了明显细化。

基体倾斜和熔覆头偏转对激光熔覆层形貌与粉末利用率影响的研究

一些激光熔覆修复应用中无法在基体表面呈水平状态、熔覆头呈垂直状态下进行熔覆,为了研究基体倾斜和熔覆头偏转对同轴送粉激光熔覆层形貌及粉末利用率的影响规律,进行了基体倾斜和熔覆头偏转的激光熔覆实验,分析、比较了基体倾斜和熔覆头偏转对覆层高度及粉末利用率的影响。结果表明:基体倾斜与熔覆头偏转能获得表面平整、内部无缺陷的熔覆层,但粉末利用率降低;熔覆头保持垂直状态,基体倾角小于30°时,粉末利用率降低不大,倾角为30°时的粉末利用率下降10%;基体呈水平状态时,熔覆头偏转较小的角度即引起粉末利用率大幅降低,偏转30°时的粉末利用率下降80%。熔覆头偏转时粉末流束中心受重力的影响而偏离熔覆头轴线,导致熔覆头偏转比基体倾斜的粉末利用率更低,激光熔覆修复中应尽可能减少熔覆头偏转以提高粉末利用率和熔覆效率。