激光制造中金属粉末流浓度场的检测

研究激光同轴送粉中金属粉末流场的分布特性,对指导激光制造技术应用具有直接指导意义。重点研究了激光制造中同轴送粉条件下金属粉末流的浓度场,建立了同轴送粉嘴金属粉末流的浓度场理论模型,开发了一种新型数字粒子图像检测系统检测粉末流浓度场。该系统主要包括Nd3 ∶YAG激光器和CCD相机。它具有非接触测量、检测速度快、能同时给出流场的三维信息等特点。实验结果表明,粉末流的聚焦参数和浓度场分布可以通过数字粒子图像检测技术进行检测,为指导同轴粉嘴设计和激光制造粉末流参数测定提供了新的手段。     

激光再制造熔池温度场检测与控制方案研究

为实时检测与控制激光再制造熔池温度场，提出了一套新型CCD红外图像比色测温与反馈系统模型．此系统模型采用单镜头采集两种波长的激光熔池温度场红外图像，CCD摄像机接收热辐射信号，将得到的信息传输到计算机进行处理，得到激光熔池温度场分布数据，根据这些数据可以进行激光加工控制．     

送粉式激光增材制造TC4钛合金熔覆层组织及电化学腐蚀行为的研究

采用激光增材制造(LDM)技术在TC4钛合金基体表面制备了TC4钛合金熔覆层,研究了不同扫描速率下制备的熔覆层的组织、显微硬度以及其在H_2SO_4溶液中的抗电化学腐蚀性能。结果表明:熔覆层的主要物相为α-Ti,且在β晶界附近生成了细针状α′马氏体,组织呈正交状网篮结构;随着扫描速率增大,熔覆层的平均显微硬度先增大后减小,腐蚀电流密度先降低后升高,电荷转移电阻先增大后减小,即其耐蚀性先增强后减弱;当扫描速率为10 mm/s时,熔覆层具有最大的平均显微硬度(390 HV)、最小的腐蚀电流密度(1.2337μA·cm^-2)、最大的电荷转移电阻(11500Ω·cm^-2),此时的熔覆层具有较好的抗电化学腐蚀性能。     

基于同步送粉法的锅炉管高频感应熔覆组织性能

采用高频感应熔覆技术,在12Cr Mo V合金结构钢材质的锅炉管表面进行了采用热喷涂、水玻璃作为黏结剂冷预置涂层、高频感应同步送粉器直接将合金粉末送于锅炉管表面3种工艺方法制备Ni Cr Si B耐磨合金涂层实验研究,用SEM和能谱仪分析了基体与熔覆层界面和熔覆层间的微观组织及成分,开展了硬度测试实验.结果表明:在熔覆电流为830 A、熔覆频率为250 k Hz的条件下,热喷涂法得到的熔覆层与基体有明显的间隙;水玻璃作为黏结剂冷预置涂层法获得的熔覆层有夹渣且表面不平整;而同步送粉法得到的熔覆层表面平整,熔覆层和基体间有明显的锯齿状白亮带,表明熔覆层和基体形成良好的冶金结合,熔覆层平均硬度为310 HV,是基体硬度的2倍.可见同步送粉高频感应熔覆工艺相对于预涂层法高频感应熔覆具有环保、加工效率高、无空隙夹渣、圆柱面平整度高、低成本等明显优势。     

激光透射焊接聚甲基丙烯酸甲酯试验研究

采用YAG激光透射焊接聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)板材,对其工艺、焊接区形貌和拉伸性能进行了研究。结果表明:在未添加吸光剂条件下,激光功率高于200W时,透明和黑色PMMA板激光透射焊接性能良好,上层透明PMMA材料的激光入射面无烧蚀损伤,拉伸试验中透明PMMA板断开,焊接区无开裂,最大载荷为2110N。激光功率低于200W时,单道焊接条件下焊接区被拉开,最大载荷1170N。透明PMMA板和其他颜色PMMA板在焊接时,需要添加吸光剂。采用黑色热塑性丙烯酸树脂为吸光剂的条件下,焊接效果较好。     

激光熔覆自组装Cu92Fe8偏晶复合涂层的相分离特征与性能

通过激光熔覆技术制备了自组装Cu92Fe8偏晶复合涂层,研究了其相分离特征、显微硬度、耐腐蚀和磁学性能。结果表明,球磨后Cu92Fe8复合粉末的颗粒尺寸减小,且由少量的体心立方α-Fe相与固溶体Cu相组成。在激光熔覆过程中,过冷Cu92Fe8熔体发生液相分离,球状富铁的α-Fe颗粒均匀分布于富铜的ε-Cu相基体中;自组装Cu92Fe8偏晶复合涂层的硬度均匀分布且略大于黄铜,耐腐蚀性能略逊于黄铜,但具有较好的软磁性能。     

同轴送粉激光熔覆中激光透过率研究

研究同轴送粉激光熔覆中激光透过粉末流机理,对激光制造工艺参数的优化及制造过程检测控制具有直接指导意义。重点研究粉末流沿粉嘴中心轴线方向的浓度分布,建立同轴送粉中粉末流浓度场理论模型,对粉嘴结构参数进行优化;基于Beer-Lambert定律,建立同轴送粉激光熔覆中激光透过粉末流的透过率数理模型,重点分析粉末流量对激光透过率的影响;开发一种测试同轴送粉激光熔覆中激光透过功率的系统。结果表明,出粉口宽度为0.4 mm且粉腔外壁倾角选为18°时,粉末流的几何形貌及汇聚性较好;在粉嘴结构参数一定时,粉末流量越大,对激光的衰减越强,激光透过率越低;激光功率选为200 W、300 W、400 W,粉末流量取0~50 mg/s时,理论计算结果与试验结果基本一致。     

数字图像处理在激光再造熔池温度场检测中的应用

为了更好的研究激光与材料表面的相互作用,采用非接触式测温方法对激光再制造熔池温度场进行了检测。利用CCD对激光熔池进行拍摄,通过数字图像处理技术对拍摄图片进行处理,经过温度标定后便可以得到激光熔池温度场的分布情况。结果表明结合数字图像处理的温度场检测技术可以表征激光熔池温度场的分布规律。     

激光加工中温场流场有限差分解法及计算机模拟

提出了激光加工中温场、流场的数学物理模型，采用控制体积方法建立了温场、流场的有限差分方程。开发了计算方法和程序，给出了温度场和速度场的计算机模拟．     

综论偏晶合金的制备技术:外场下凝固、快速凝固及激光技术

当偏晶合金液过冷至液相分离温度(Tsep)以下时,进入亚稳态难混溶区间,由单一液相分离成两个液相:L1(主体液相,质量分数大于50%)与L2(次生液相,收缩成液滴)。微观组织演化呈现三个阶段:(1)相分离自发进行阶段;(2)主体相合金熔体进入结晶过程;(3)残余的次生相合金熔体进入凝固阶段。尤其是当次生相凝固后弥散分布于主体相基体内时,偏晶合金具有高强、高导以及高耐磨性能,其在航空航天和汽车等工业领域具有重要的应用前景,长期以来受到了研究者的广泛关注。偏晶合金组织结构特征有两种,即第二相弥散型和核/壳结构型。然而,常规凝固条件下,制备的偏晶合金极易形成严重偏析或分层组织,导致制备大块匀质偏晶合金变得困难。为了深入研究偏晶合金液相分离行为,以及微结构特征对偏晶合金性能的影响,研究者提出了许多制备偏晶合金的方法。早在1958年,液相分离现象就在Cu-Fe偏晶合金中被发现,当即引起学者们的广泛关注。近年来,为了制备组织均匀和性能优异的偏晶合金,开发了许多外场作用下的偏晶合金制备方法,旨在消除常规重力场下熔体对流造成的凝固组织偏析、位错、空洞等缺陷。例如,在微重力场条件下,对流作用减弱,可制备接近无偏析的凝固组织;在电磁场条件下,实现了对材料工艺过程的控制和材料组织与性能的改善;在直流磁场和电场交互作用下,熔体流动得到抑制,实现了电磁搅拌控制凝固;在交流磁场和电场交互作用下,实现了电磁搅拌和电磁悬浮,达到减小偏析和改善组织结构特征的目的;在超声场作用下,实现了材料无容器凝固。此外,快速凝固是一个典型的非平衡相变过程,可以消除合金的溶质偏析,获得常规凝固条件下无法获得的成分、相结构和显微组织,显著提高合金的强度、塑性、韧性、延展性和磁性等。为深入了解各类偏晶合金的制备方法,本文主要从外场下凝固、快速凝固、激光技术角度综述了偏晶合金的各种凝固制备工艺和研究方法。