MIG填丝增材制造工艺对熔覆层成形的影响

利用MIG填丝增材制造方法在304不锈钢基体表面原位增材304不锈钢焊丝获得熔覆层,并系统地研究了热输入、电弧长度和填丝角度对熔覆层几何形状参数的影响规律。结果表明,随热输入的增大,熔深、熔宽和余高均增大;随弧长的增大,熔宽和余高增大,而熔深变化不大;随着填丝角度的增大,熔宽增大,而熔深和余高变化不显著。显微组织分析表明,熔覆层下部、中部、上部均以树枝晶为主。

光丝耦合及工艺参数对激光填丝熔覆层成形特征的影响

基于激光填丝熔覆不同工艺参数对Q235钢熔覆层成形的影响,通过高速摄像系统拍摄了不同工艺参数下丝材的熔入过程,并分析了熔覆层形貌及横截面,得出了丝材与激光斑点相对位置、激光功率、熔覆速度和送丝速度对熔覆层成形的影响。结果表明:(1)丝材与激光斑点相对位置是影响丝材熔入行为和熔覆层成形好坏的关键因素。当采用前置送丝,激光束与丝材部分重叠,送丝角度介于40°~70°时,熔覆过程稳定且成形最好。(2)激光功率增大时,熔池尺寸增大,熔覆层宽度增加,余高减小。熔覆速度变大时,熔池凝固速度变快,从而使液桥变窄,熔覆层宽度和熔深减小、余高增大。送丝速度增大时,熔覆层熔深减小、余高增大。

激光-氩弧焊电弧复合热源表面熔覆工艺及成形特征

为研究激光-氩弧焊(TIG)电弧复合热源表面熔覆工艺对熔覆层成形特征的影响,建立了激光电弧复合热源表面熔覆试验系统,分别采用大光斑半导体激光热源、激光与TIG复合热源在Q235母材上进行了Ni60合金粉末单道熔覆工艺试验,分析了激光功率、TIG电流对熔覆层高宽比、稀释率、浸润角等成形特征的影响.结果表明:随着激光功率或TIG电流的增加,熔覆层的熔宽、稀释率呈增加趋势,熔覆层的高宽比、浸润角减小.在复合热源熔覆过程中,引入电弧可以显著降低熔覆所需激光功率,可在减小激光热冲击作用的同时降低生产成本;引入小电流TIG电弧,可以降低熔覆层边缘的温度梯度,改善熔覆过程中熔覆层的铺展效果.

工艺参数对立向分体等离子弧增材制造过程的影响

【目的】为探究分体等离子弧增材制造过程中工艺参数对立向增材成形的影响,以单道熔覆层宽度和高度为评价指标对其展开研究。【方法】基于构建的立向分体等离子弧增材制造系统,通过单因素变量法研究了立向位置时丝/总电流比、离子气流量、丝材端部位置等工艺参数对熔覆层成形的影响,分析了工艺参数与基板热输入和熔敷率的关联机制。【结果】结果表明,当总电流保持不变时,丝材电流的增加会显著改善熔覆层成形,熔覆层宽度减小、高度增加;当离子气流量增加时,电弧等离子流力增强,使熔覆层宽度增加、高度减小;当送丝速度增加时,丝材端部靠近电弧中心,传质增加、传热减小,使熔覆层宽度减小、高度增加;丝材电流增加时,通过改变系统热、质、力的传输使熔覆层尺寸变化,而基板电流增加时,仅通过改变热、力传输使熔覆层尺寸变化。【结论】当总电流不变时,可采用提高丝/总电流比、减小离子气流量、丝材端部位置远离基板等措施减小基板的热输入并提高熔覆率,或直接增加丝材电流以提高熔覆率,进而实现高效增材制造。该研究将为分体等离子弧增材制造工艺在空间位置增材制造领域的拓展应用提供一定的理论指导。

扫描方向对变厚度熔覆成形件组织与力学性能的影响

针对于激光熔覆沉积成形工艺引起的拉伸强度各向异性的问题,基于变厚度熔覆层沉积方式,探究扫描方向(从高到低和从低到高)对斜坡薄壁件微观组织和力学性能的影响。测试斜坡薄壁件不同位置的拉伸强度和硬度,分析其微观组织形貌,并与等厚度熔覆层沉积方式进行对比。试验结果表明:在薄壁件的纵截面上,沿不同扫描方向沉积能改变晶粒的生长方向;晶粒生长方向和扫描轨迹能影响薄壁件不同位置的拉伸强度,且从低到高扫描沉积可明显减小抗拉强度的各向异性;在水平方向,不同扫描方向下的硬度变化趋势一致,且变厚度熔覆层沉积会改变薄壁件最大硬度的分布。

Laser in-situ synthesis of titanium matrix composite coating with TiB-Ti network-like structure reinforcement

To avoid high crack sensitivity of TiB-Ti composite coating during laser cladding process,network-like structure composite coating was fabricated with laser in-situ technique on titanium alloy using 5 μm TiB2 powder as the cladding material.The microstructure,phase structure and properties of the coatings were analyzed by SEM,XRD,EPMA,TEM,hardness tester and fretting wear meter.It was observed that the outer ring of the network-like structure was mainly TiB strengthening phase,while the inner ring was α-Ti grain,and the interface between TiB and Ti matrix was very clean and had a consistent orientation relationship.The hardness of the cladding layer with network-like structure gradually decreased from the surface toward the interface,but the average hardness was nearly two times that of the substrate.In the fretting wear test,it was found that the wear resistance of the cladding layer with network-like structure was larger than that of the substrate under low load(40 N).The results revealed that the hardness and fretting wear resistance of the titanium-based composite coating could be improved by the introduction of network-like structure.

大光斑半导体激光-TIG电弧复合表面熔覆方法

针对现有表面熔覆方法所采用的单一热源特性调控范围窄,熔覆效率低,稀释率大,裂纹倾向明显,成本高等问题,提出采用一种大光斑半导体激光与TIG电弧复合热源可调控的表面熔覆方法。以Q235为母材,在建立的热源可调控试验系统上,进行大光斑半导体激光热源、大光斑半导体激光与TIG复合热源表面熔覆Co06粉末工艺试验,分析了不同热源及参数对于熔覆层形貌、宏观尺寸、稀释率等成形特征的影响规律。结果表明,相比大光斑半导体激光熔覆,大光斑半导体激光与电弧复合表面熔覆方法,可以显著降低所需激光功率,在减小激光热冲击作用的同时降低生产成本。70A＋500 W复合熔覆层表面和剖面形貌,与1 300~1 500 W大光斑半导体单激光的熔覆效果基本相似,高宽比减小35%,稀释率减小27%。通过对复合热源特性的调控,可有效提高生产效率,为高性能的表面熔覆提供一种新方法。