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高氮不锈钢光丝同轴激光增材组织与性能研究
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作者 丁建祥 张伟 +2 位作者 程远 彭勇 王克鸿 《电焊机》 2024年第11期105-112,共8页
为研究光丝同轴激光增材技术在制备高氮不锈钢块体材料中的应用潜力,采用直径1.2 mm、氮含量为0.71 wt.%的高氮钢丝材,通过光丝同轴激光增材技术进行多道多层增材试验。利用工业CT扫描、氮含量分析、组织形貌观察、物相分析及力学性能... 为研究光丝同轴激光增材技术在制备高氮不锈钢块体材料中的应用潜力,采用直径1.2 mm、氮含量为0.71 wt.%的高氮钢丝材,通过光丝同轴激光增材技术进行多道多层增材试验。利用工业CT扫描、氮含量分析、组织形貌观察、物相分析及力学性能测试等方法,对增材块体的内部质量、氮含量、微观组织及力学性能进行了系统研究。结果表明,增材块体中存在少量未熔合缺陷,主要分布在底部,且一般出现于每一层的前两道附近,等效直径主要分布于200~300μm。内部存在大量细小孔洞状低密度缺陷,其体积占比为0.073%,其中约90%的等效直径区间为1.5~7.5μm。中部和顶部的氮含量都在0.66 wt.%以上,氮损失均低于7.5%;底部氮含量降至0.58 wt.%,氮损失为19%。物相分析表明,增材块体主要为奥氏体γ-Fe相,通过SEM和EDS可发现基体材料中存在少量α-Fe枝晶和Mn的氧化物。金相观察发现,增材块体主要由细小的柱状晶和等轴晶组成。增材块体底部力学性能较好,中部各向异性较小。其增材方向上的硬度分布为315~355 HV,且底部明显高于中部和顶部。块体中部增材方向抗拉强度875 MPa,屈服强度为679 MPa,延伸率为50%;行进方向抗拉强度为908 MPa,屈服强度为685 MPa,延伸率为34%。此外,块体底部行进方向的抗拉强度为997 MPa,屈服强度为770 MPa,延伸率为43%。本研究证实了光丝同轴激光增材技术制备高氮不锈钢块体材料的可行性,为高氮不锈钢增材制造技术的开发和应用提供了重要的理论依据和技术支持。 展开更多
关键词 高氮不锈钢 光丝同轴激光增材技术 缺陷检测 微观组织 力学性能
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激光熔覆同路送丝光路结构设计及分析
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作者 李素丽 马恺悦 +2 位作者 冯高磊 熊杰 李连强 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期159-164,共6页
根据同路送丝激光熔覆技术的特点,分别对环形光束方案、一分三光束方案和一分四光束方案进行分析。对比不同设计方案优劣,并对光路汇聚效果进行有限元分析。结果表明,采用抛物面镜面和平面镜面时,环形光束方案和一分三光束方案对光束的... 根据同路送丝激光熔覆技术的特点,分别对环形光束方案、一分三光束方案和一分四光束方案进行分析。对比不同设计方案优劣,并对光路汇聚效果进行有限元分析。结果表明,采用抛物面镜面和平面镜面时,环形光束方案和一分三光束方案对光束的汇聚效果均强于一分四光束方案;对于焦点位置的能量,采用抛物面镜面强于平面镜方案。一分四光束方案由于对激光束的汇聚效果较差且结构复杂,不符合实际应用需求;环形光束方案对激光束的汇聚效果和焦点能量与一分三光束方案相差不大;但一分三光束方案可在避免光丝干涉的同时使送丝路径布局更加合理,稳定送丝过程。综上,一分三抛物面方案为同路送丝激光熔覆头光路设计的最佳方案。 展开更多
关键词 激光熔覆 同路送丝 光路设计 汇聚效果
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TA2纯钛激光同轴送丝增材制造组织和性能研究
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作者 符成学 雷小伟 +3 位作者 吕逸帆 尹艳超 张文豪 崔永杰 《钛工业进展》 CAS 2023年第3期1-5,共5页
探讨了单向平行、蛇形往复和蛇形正交3种不同路径下利用激光同轴送丝增材制造技术制备的TA2纯钛试件微观组织和力学性能的差异。结果表明,在合适的工艺参数下,可以实现TA2纯钛激光同轴送丝增材制造的良好成形,试件表面呈银白色,其横、... 探讨了单向平行、蛇形往复和蛇形正交3种不同路径下利用激光同轴送丝增材制造技术制备的TA2纯钛试件微观组织和力学性能的差异。结果表明,在合适的工艺参数下,可以实现TA2纯钛激光同轴送丝增材制造的良好成形,试件表面呈银白色,其横、纵向力学性能均可达到GB/T 3621-2022对TA2纯钛板材的要求;3种路径下制造过程的热输入和散热条件类似,焊缝微观组织均为锯齿状α相。不同增材路径下的焊道熔合形貌不同,力学性能差异较大,其中单向平行和蛇形往复路径试件的各向异性较强,蛇形正交路径试件的各向同性较强;单向平行路径试件的纵向抗拉强度和屈服强度均最高,蛇形正交路径试件的横向断后伸长率较高,塑性较好。 展开更多
关键词 TA2纯钛 激光增材制造 同轴送丝 显微组织 力学性能
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一种简化同轴馈电微带天线的时域有限差分法分析 被引量:2
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作者 尹志会 刘建晓 +1 位作者 苏明敏 郭海丽 《科学技术与工程》 北大核心 2013年第31期9357-9360,共4页
提出了一种简化的同轴馈电模型用于分析同轴探针馈电的微带天线。在时域有限差分方法(FDTD)中对于同轴馈电模型一般采用一维电压电流递推方式引入入射波形;同时结合细导线模型模拟同轴线馈电。需要对接地板同轴线接口处的电场值进行特... 提出了一种简化的同轴馈电模型用于分析同轴探针馈电的微带天线。在时域有限差分方法(FDTD)中对于同轴馈电模型一般采用一维电压电流递推方式引入入射波形;同时结合细导线模型模拟同轴线馈电。需要对接地板同轴线接口处的电场值进行特别处理,过程较复杂。简化方法仅采用细导线模型作为馈电端口,在接地板与细导线探针间加电压源激励产生入射波形。省略了同轴线的建模及接口处电场值的处理过程,使得模型更加紧凑。数值仿真验证了该算法的有效性和准确性。 展开更多
关键词 时域有限差分法(FDTD) 同轴馈电 细导线 微带天线
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三分光束光内同轴送丝熔覆层几何形貌预测 被引量:10
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作者 蒋伟伟 傅戈雁 +3 位作者 张吉平 吉绍山 石世宏 刘凡 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第3期292-300,共9页
研究"三分光束"光内同轴送丝激光熔覆各工艺参数的工艺区间及参数与熔覆层几何形貌映射关系。首先,采用单因素实验方法研究激光功率、扫描速度、送丝速度、离焦量四个工艺参数的工艺区间;其次,以熔覆层的高度、宽度、横截面... 研究"三分光束"光内同轴送丝激光熔覆各工艺参数的工艺区间及参数与熔覆层几何形貌映射关系。首先,采用单因素实验方法研究激光功率、扫描速度、送丝速度、离焦量四个工艺参数的工艺区间;其次,以熔覆层的高度、宽度、横截面积作为熔覆层几何形貌的量化指标;最后,分别建立神经网络模型和二次回归模型实现熔覆工艺参数和熔覆层形貌量化指标之间映射关系的预测。基于单道单因素实验,当激光功率介于1 300~1 700 W,扫描速度介于3~7 mm/s,送丝速度介于9~15 mm/s,离焦量介于-2.5^-1.5 mm时能获得液桥过渡熔覆质量较好的单道。在对测试样本数据的预测中,在置信度85%情况下,BP神经网络模型对熔覆层高度、宽度、横截面积的预测精度分别为100%, 100%, 93.33%,均方根误差分别为0.21, 0.07, 0.24;二次回归模型的精度分别为100%, 66.67%, 73.33%,均方根误差分别为0.21, 0.13, 0.28。结论说明二次回归模型中变量的交叉项未能拟合送丝熔覆多变量耦合的非线性过程,而BP神经网络得到较好的预测结果。 展开更多
关键词 激光熔覆 三分光束 光内同轴送丝 二次回归 BP神经网络
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不同送料工艺对液压支架激光熔覆再制造的影响 被引量:8
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作者 曹鹏 雷高峰 +4 位作者 苏成明 舒林森 石舒婷 贾北北 田伟红 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S02期424-427,432,共5页
液压支架是煤矿综采系统中的重要设备,环境的复杂性和特殊性对液压支架的使用寿命和性能造成严重威胁,为了提高液压支架立柱的耐磨蚀性能,采用激光熔覆技术对立柱表面进行修复强化处理。本文采用同轴送粉、旁轴送粉和丝材熔覆三种送料工... 液压支架是煤矿综采系统中的重要设备,环境的复杂性和特殊性对液压支架的使用寿命和性能造成严重威胁,为了提高液压支架立柱的耐磨蚀性能,采用激光熔覆技术对立柱表面进行修复强化处理。本文采用同轴送粉、旁轴送粉和丝材熔覆三种送料工艺,在液压支架立柱表面制备单层和多层的熔覆涂层。对不同送料工艺对应熔覆层力学性能进行分析研究,发现试件的表面硬度大小顺序为:同轴送粉试件>旁轴送粉试件>丝材熔覆试件,并且同轴送粉、旁轴送粉、丝材熔覆获得的涂层硬度分别是基材的2.3倍、2.2倍及2.1倍。使用同轴送粉、旁轴送粉和丝材熔覆技术,均可在柱状27SiMn钢表面得到性能优异的不锈钢熔覆层。通过对三种不同送料工艺下熔覆层进行分析研究,发现同等加工参数下,丝材激光熔覆的综合性能优于粉末激光熔覆,并且在进行大型承载设备修复时,丝材激光熔覆的材料利用率更高。 展开更多
关键词 激光熔覆 同轴送粉 丝材熔覆 力学性能
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搭接率对送丝激光熔覆层的影响 被引量:1
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作者 王涵 周伟民 +1 位作者 闵国全 宋志棠 《现代制造技术与装备》 2019年第3期149-150,153,共3页
以316L不锈钢焊丝为原材料,利用光学金相显微镜观察不同搭接率(OL,overlap)下同轴送丝激光增材制造(Co-WLAM,coxial wire laser additive manufacturing)的平面熔覆层的表面和截面形貌。通过分析熔覆层表面起伏值和截面组织形貌,得出Co-... 以316L不锈钢焊丝为原材料,利用光学金相显微镜观察不同搭接率(OL,overlap)下同轴送丝激光增材制造(Co-WLAM,coxial wire laser additive manufacturing)的平面熔覆层的表面和截面形貌。通过分析熔覆层表面起伏值和截面组织形貌,得出Co-WLAM在单层平面熔覆中合适的OL范围为40%~60%,若OL过小,会得到波浪形起伏的表面;OL过大,则会出现过度搭接或成形缺陷问题。 展开更多
关键词 送丝激光 增材制造 同轴环形激光 搭接率
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基板受辐照比值对激光同轴熔丝沉积稳定性的影响 被引量:1
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作者 金磊 石世宏 +2 位作者 魏超 曹浩 石拓 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期118-127,共10页
激光熔丝沉积技术是一种输送丝材并以激光为热源的定向能量沉积技术。为了探讨同轴熔丝过程的机理与效应,采用自主研发的激光内同轴送丝熔化沉积技术来分析研究基板受辐照比值对于熔丝过程稳定性的影响;借助高速相机拍摄并分析熔丝沉积... 激光熔丝沉积技术是一种输送丝材并以激光为热源的定向能量沉积技术。为了探讨同轴熔丝过程的机理与效应,采用自主研发的激光内同轴送丝熔化沉积技术来分析研究基板受辐照比值对于熔丝过程稳定性的影响;借助高速相机拍摄并分析熔丝沉积过渡阶段机理;通过数学模型计算与实验验证的方式研究了熔丝沉积动态过程与工艺参数之间的关系。结果表明:较小的基板受辐照比值会引起“液滴”过渡熔丝行为,即处于稳定与不稳定的临界状态;而基板受辐照比值较大时会引起“液桥”过渡熔丝行为,即处于一个相对稳定的状态。本研究对激光熔丝沉积的动力学稳态性分析具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 激光光学 激光熔化沉积 光内同轴送丝 基板受辐照比值 过程稳定性 高速摄像
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中空激光光内同轴送丝熔覆工艺的实现及其试验研究 被引量:21
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作者 石世宏 傅戈雁 +1 位作者 李龙 王永康 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期266-270,共5页
基于"光束中空,光内送丝"的专利技术,实现了同轴送丝新工艺。这种新装置改光外倾斜送丝为光内垂直正向送丝,实现了光、丝精确耦合和熔道的各向同性。光内送丝熔覆成形试验表明:丝材熔化充分,熔道均匀平滑;熔覆组织致密,晶粒细... 基于"光束中空,光内送丝"的专利技术,实现了同轴送丝新工艺。这种新装置改光外倾斜送丝为光内垂直正向送丝,实现了光、丝精确耦合和熔道的各向同性。光内送丝熔覆成形试验表明:丝材熔化充分,熔道均匀平滑;熔覆组织致密,晶粒细小;平面搭接和立体堆积成形件均匀完整,熔道质量沿各方向均匀一致,无扫描方向性影响。光内送丝熔覆使三维送丝成形成为可能。 展开更多
关键词 激光技术 激光熔覆 光内同轴送丝 直接成形 扫描方向性
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环形激光光内同轴送丝焊接试验研究 被引量:3
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作者 傅戈雁 石世宏 韩学磊 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第8期2080-2085,共6页
激光填丝焊是一种具有广泛应用领域的焊接工艺。针对现有旁送丝填焊工艺存在的不足,提出了光束中空、正向同轴送丝创新方案。利用所研制的光内同轴送丝焊接装置进行了焊接试验。结果表明,同轴送丝焊接具有光丝耦合姿态固定、热源对称、... 激光填丝焊是一种具有广泛应用领域的焊接工艺。针对现有旁送丝填焊工艺存在的不足,提出了光束中空、正向同轴送丝创新方案。利用所研制的光内同轴送丝焊接装置进行了焊接试验。结果表明,同轴送丝焊接具有光丝耦合姿态固定、热源对称、能量分布合理等突出优势。焊缝表面光滑平整,截面形状对称。焊缝质量各向同性,适用于一维和多维焊接。对变动激光功率、扫描速度和送丝速度进行了工艺试验,获得了一组优化的工艺参数。焊缝的扫描电镜(SEM)分析和拉伸试验表明,激光光内同轴送丝所获得的焊道组织致密、均匀,无气孔、夹渣等缺陷,是理想的激热激冷组织;焊缝与基材结合牢固,结合区无明显缺陷。 展开更多
关键词 激光技术 激光填丝焊 环形激光 光内同轴送丝
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基于光内同轴送丝激光熔覆斜壁的成型技术 被引量:1
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作者 荆瑞红 石世宏 《金属热处理》 CAS CSCD 北大核心 2013年第11期98-100,共3页
基于光内同轴送丝技术,在45钢基体上激光熔覆无支撑偏移堆积斜壁。对斜壁堆积的倾斜角度建立模型。结果表明,斜壁的倾斜角度与偏移量、扫描速度、熔覆层的宽度呈正相关,与熔覆丝材的直径、送丝速度呈负相关。基于扫描速度、送丝速度、... 基于光内同轴送丝技术,在45钢基体上激光熔覆无支撑偏移堆积斜壁。对斜壁堆积的倾斜角度建立模型。结果表明,斜壁的倾斜角度与偏移量、扫描速度、熔覆层的宽度呈正相关,与熔覆丝材的直径、送丝速度呈负相关。基于扫描速度、送丝速度、提升量、偏移量几个参数设计了正交试验。试验结果表明,在送丝速度为17.6 mm/s,扫描速度为4 mm/s,提升量为0.4 mm的参数下,偏移量为0.1 mm,极限角为14.04°时可获得高为340 mm,底边宽为110 mm的斜壁。 展开更多
关键词 斜壁 光内同轴送丝 激光熔覆 正交试验
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