激光熔覆曲面基体曲线轨迹成形内部质量与效率影响研究

曲面基体熔覆层内部孔隙与成形效率的预测与控制是曲面类零部件大面积修复与再制造的前提。本文研究激光功率、扫描速度、气流量、圆柱基体半径对“曲面轨迹”成形内部质量(气孔率)与熔覆效率的作用规律。采用响应面法中心复合设计模块构建了工艺参数与响应目标的数学关系模型。通过方差分析,气孔率及熔覆效率R2分别为95.26 %、94.28 %,证明所构建模型的可靠性。四个输入参数对气孔率均有显著的影响,激光功率、扫描速度、圆柱基体半径对熔覆效率影响显著。最后基于所建立模型采用期望函数方法对气孔率最小及熔覆效率最大为目标进行综合优化,获得最佳工艺参数为激光功率1.6 kW,扫描速度7 mm/s,气流量1120 L/h,圆柱基体半径40 mm,气孔率及熔覆效率误差率分别为6.755 %、5.417 %,验证了模型准确性。所建立模型为“曲面基体曲线轨迹”熔覆成形内部质量与效率工艺参数优化及预测控制提供了指导意义。     

激光熔覆多道搭接成形及粉末利用率

针对曲面基体激光熔覆多道搭接成形质量及粉末有效利用率问题，采用响应面中心复合设计方法，构建工艺参数与响应输出之间的数学模型，分析工艺参数与多道搭接激光熔覆层平整度、稀释率和粉末利用率之间的影响关系，以获得多道搭接激光熔覆的最佳工艺参数。结果表明：平整度随着激光功率和气流量的增加而减小，随着扫描速度和搭接率的增加而增大；稀释率随着激光功率的增加而增大，随着扫描速度的增加先减小后增大，随着搭接率的增加而减小；粉末利用率随着激光功率的增加而增大，随着扫描速度和搭接率的增加而减小。以平整度大于0.75、稀释率为10%、粉末利用率最大为目标，并基于数学模型对工艺参数进行优化与预测，得到最佳工艺参数为激光功率为1.800 kW、扫描速度为7.000 mm/s、气流量为10.000 NL/min、搭接率为22.744%。以最佳工艺参数制备的熔覆层的平整度、稀释率和粉末利用率与模型预测结果的误差分别为4.645%、3.332%和6.140%,证明了模型多目标优化的准确性。     

斜面多道熔覆涂层平整度的数值模拟与试验研究

目的 揭示扫描方式、基材倾角、搭接率对斜面熔池成形的影响规律,提高斜面多道搭接涂层的平整度。方法 采用数值模拟探究激光扫描方式、基材倾斜角度、搭接率对倾斜基材表面熔覆涂层平整度的影响机理,并结合正交试验进行验证。结果 模拟所得平整度随扫描方式、倾斜角度、搭接率变化规律与试验一致。激光扫描方式对水平基材的多道搭接平整度无明显影响,但对倾斜基材表面的多道平整度影响显著。相同扫描方式下,不同倾斜角度的基材适应的搭接率不同。结论 相比其他扫描方式,扫描方式1(SM1)和扫描方式5(SM5)得到的熔覆层平整度和熔覆效率相对较高。平整度和熔覆效率随基材倾斜角度的增大而逐渐减小。以扫描方式5进行熔覆时,水平基材最佳搭接率为30%,基材倾斜40°时最合适的搭接率为15%～20%。显然,倾斜角度和搭接率的交互作用对平整度影响显著。     

激光熔覆粉末粒径对熔覆层成形控制的影响

目的 揭示激光熔覆过程中TiC粉末粒径及工艺参数对复合材料熔覆形貌的影响规律,实现熔覆层成形控制。方法 采用响应面法中心复合设计模块分析扫描速度、激光功率、粉末粒径对复合材料熔覆形貌的影响,建立工艺参数及TiC粉末粒径与复合材料熔覆层面积、熔覆层高度、熔覆层宽度之间的数学模型,通过方差分析和模型检验验证模型的准确性。结果 激光功率对复合材料熔覆形貌的影响不显著,粉末粒径对熔覆面积影响最为显著,熔覆层面积随着扫描速度的减小和粉末粒径的增大而增大;粉末粒径对熔覆层高度影响最为显著,熔高随着粉末粒径的增大而增大,随着扫描速度的降低而减小;扫描速度对熔覆层宽度的影响最为显著,熔宽随着扫描速度的增大而下降,随着粉末粒径的增大而增大。结论 以熔覆面积最大及熔宽熔高最大为优化目标,对比预测值与实际值,熔覆层面积、熔覆层高度、熔覆层宽度的误差率分别为6.81%,3.9%,7.7%。该研究成果为提高复合材料熔覆形貌的预测与控制提供了理论依据。     

合金元素对激光熔覆高熵合金涂层硬度影响的研究进展

激光熔覆技术采用高能量密度的激光作为工艺的能量来源,能够对工件表面进行改性和修复,显著地改善了基体的表面力学性能,从而有效地延长了产品的生命周期。激光熔覆是制备高熵合金的典型工艺之一,采用该技术并且添加合适的合金元素可以制备具备卓越性能的高熵合金涂层。为清晰地阐明加入元素后增强激光熔覆高熵合金涂层硬度的作用机制,首先综述了目前国内外在激光熔覆过程中加入常见元素所制备的高熵合金涂层硬度性能的研究现状,其中高熵合金有特殊的“4种效应”,对金属间化合物有促进作用,其内部微观结构一般为FCC、BCC或者HCP等固溶相,通常通过固溶强化、沉淀强化和分散强化来强化,并且激光熔覆法会使高熵合金涂层快速冷却,从而显著改善合金的力学性能。其次,分析了金属与非金属两大类元素对激光熔覆制备高熵合金涂层硬度强化的机理,总结了金属元素与非金属元素的添加对高熵合金涂层硬度的影响规律。最后,针对激光熔覆制备高熵合金涂层硬度性能的改进,总结出了有效的方法,并对其未来发展进行了展望。研究结果揭示了激光熔覆高熵合金涂层硬度强化的理论基础,为该领域的进一步发展提供了理论依据。     

斜面激光熔覆粉末流场及光粉耦合机理研究

目的 扩展增材制造在斜面复杂零部件修复领域的应用,弥补倾斜熔覆过程中粉末流动行为研究的空缺。方法 采用RSM进行模拟方案设计与数据处理,通过拟合输入参数与输出之间的数学模型,探究送粉电压、气流量、基体倾斜角度对倾斜基体上粉末浓度和粉斑直径的影响规律。结合数值模拟和试验研究对光粉耦合机理进行分析,探究光粉平衡关系对涂层形貌的影响机理。结果 粉末颗粒速度随气流量的增加而增大;倾斜基体上最大粉末浓度随气流量的增大而降低,随送粉电压的增大而增高;倾斜基体上的粉斑直径随基体倾斜角度和气流量的增大而增大。以倾斜基体上的粉末浓度最大、倾斜基体上的粉斑直径最小为优化目标,0°、10°、20°、30°倾斜基体上最大粉末浓度模拟值与预测值的误差分别为4.34%、3.61%、5.82%、13.15%,基体上粉斑直径模拟值与预测值的误差分别为2.95%、3.22%、3.57%、4.10%,说明该模型对倾斜基体上最大粉末浓度及粉斑直径的预测精度较高。结论 气流量对粉末颗粒速度影响显著,送粉电压、气流量对基体上最大粉末浓度的影响显著,倾斜角度、倾斜角度与气流量的交互项对倾斜基体上的粉斑直径影响显著。研究结果为激光...     

STM32处理器的参数可变FIR数字滤波器设计

针对数字滤波器适用范围的问题,提出了一种无线非接触、滤波参数可变的数字滤波器.通过LabVIEW软件与路由器无线通信,路由器与ESP8266WIFI模块无线通信,ESP8266WIFI模块与STM32模块串口通信实现滤波参数无线非接触更改最后实验证明了设计的有效性.     

V型曲面坡口打底焊成形控制与工艺参数优化

目的 研究熔化极气体保护焊工艺参数对V型曲面坡口打底焊焊接接头形貌及硬度的影响规律,实现焊接接头工艺参数的预测与优化,提高焊接质量。方法 基于响应面Box-Benhnken方法,分析焊接电压、焊接电流、焊接速度、曲面弧度对焊接接头成形与性能的影响规律,构建工艺参数与焊接接头响应指标的数学模型。结果 试验结果表明,熔宽随焊接电压、焊接电流的增大而增大,随焊接速度、曲面弧度的增大而减小。面积随焊接电压、焊接电流、曲面弧度的增大而增大,随焊接速度的增大而减小。硬度随焊接电压的增大而减小,随焊接速度、曲面弧度的增大而增大。以熔宽、面积及硬度最大为优化目标,最优工艺参数为电压26 V,电流260 A,焊接速度26 cm/min,曲面弧度(13/36π) rad。对比预测值与实际值,熔宽、面积、硬度的误差率分别为4.2%、3.8%、2.3%。结论 研究结果表明了所构建数学模型的可靠性,为非对称曲面坡口及其他特殊结构焊缝的成形控制与参数优化提供了理论依据。     

激光熔覆原位合成WC单道成形控制方法

采用响应面法中心复合设计建立激光功率、扫描速度、气流量、WC粉末配比与熔覆层宽度、高度、横截面积之间的数学模型,通过方差分析和模型验证,验证了数学模型的准确性。熔覆层的宽度与激光功率成正比,与扫描速度、气流量、粉末配比成反比;熔覆层的高度和横截面积与激光功率成正比,与扫描速度、粉末配比成反比。最后以熔覆层宽度和横截面积最大,高度最小为目标优化工艺参数,通过试验验证获得熔覆层宽度、高度和横截面积预测值和实际值误差分别为9.439%、5.153%、4.835%,平均误差率低于6.5%,进一步验证了所建立模型的准确性。研究结果为WC激光熔覆原位合成成形质量的预测、控制及工艺参数优化提供理论参考依据。