316L不锈钢掺杂SiC环状同轴送粉TIG熔覆层组织结构与性能

TIG熔覆是经济高效的表面修复方法,与传统的预置粉末法相比,同轴送粉法具有优良的适应性,但是试验研究相对较少.自主设计制造了环状同轴送粉TIG熔覆焊枪,与管状同轴送粉TIG熔覆焊枪相比,制造的熔覆层不存在熄弧位置凹坑、焊缝不够平直以及焊缝熔宽不一致等问题,而且具有更高的熔覆效率.结果表明,采用优化的焊接热输入、送粉量和SiC含量参数匹配,在316L不锈钢表面进行环状同轴送粉TIG熔覆,获得了外观优良的单层单道熔覆层、单层多道熔覆层.对熔覆层进行显微硬度测量、微观组织及元素成分分析、宏观电化学腐蚀试验、微区电化学腐蚀试验以及耐磨性能测试,并与母材进行了比对,环状同轴送粉TIG熔覆导入的SiC粉末有效地提升了熔覆层的耐蚀性与耐磨性.     

同轴送粉激光熔覆粉末传输行为研究进展

同轴送粉激光熔覆技术能实现三维零件直接制造和再制造,而粉末传输行为会对熔覆层的形状和组织产生直接影响。主要从送粉系统、粉末传输过程中的工艺参数以及粒子与喷嘴壁的碰撞行为等方面综述了影响粉末传输行为的因素。     

激光熔覆载气式同轴送粉喷嘴关键参数的探究

以激光熔覆载气式同轴送粉喷嘴为研究对象,建立了三通道激光熔覆喷嘴的三维模型,运用计算流体动力学理论对激光熔覆送粉喷头关键参数进行了数值分析,基于商用计算流体力学(CFD)软件FLUENT对送粉通道不同倾角和送粉口不同直径条件下的粉末流场情况进行了数值模拟。分析与计算结果表明,在其他参数一定的条件下,选样送粉通道倾角角度70°和送粉口直径1.5 mm时,有利于改善激光熔覆效果,为CFD技术在流体机械分析中的应用提供了参考。     

表面熔覆工艺的成形特征及粉末有效利用率研究

目的针对激光熔覆层的表面形貌难以达到加工工艺要求和粉末利用率较低的问题,对激光熔覆铁基合金粉末中的工艺参数与成形特征的关系以及粉末的有效利用率进行研究。方法设计了激光表面熔覆试验方案,分别采用不同的工艺参数在45号钢基板上进行铁基合金粉末单道激光熔覆试验。采用正交试验法对每道激光熔覆试验的工艺参数与成形特性之间的关系进行研究。结果随着激光功率的增加,熔宽、熔深、稀释率均呈上升趋势,浸润角和熔覆层的高宽比呈下降趋势,粉末的有效利用率由12.9%上升到42.6%;随着送粉速度的增加,熔高呈现上升趋势,熔深呈现下降趋势,粉末的有效利用率由27.9%下降到14.7%;随着激光扫描速度的增加,熔宽和熔高均呈下降趋势,粉末的有效利用率先增加后下降。结论送粉速度的增加造成粉末有效利用率的降低,增加了激光熔覆的作业成本。适当增加激光功率不仅可获得更加良好的激光熔覆层形貌,也使得粉末有效利用率增加。在激光功率为450 W,送粉速度为9.6 g/min和激光扫描速度为390 mm/min的条件下,不仅可以使粉末有效利用率处于较高的状态,也可以获得良好的熔覆层形貌。以上研究结果对激光熔覆的应用具有指导性作用。     

不同送粉速度对TC4钛合金表面激光熔覆的影响

采用光纤激光对TC4钛合金表面进行熔覆改性,研究送粉速度对熔覆工艺过程和熔覆层性能的影响。采用高速摄像机拍摄了加热粉末在空间的分布形貌,采用光学显微镜观察了熔覆层横截面形貌,采用EDS分析了熔覆层的氮含量分布,并测量了熔覆层横截面的显微硬度。实验表明,送粉速度较小时,粉末吸收少量激光能量,熔池较大,熔覆层宽而浅;送粉速度较大时,粉末吸收大量激光能量,熔池较小,熔覆层窄而深。当送粉速度较大时,熔覆层的氮元素含量和显微硬度均分布基本均匀,无明显梯度;随送粉速度增加,熔覆层显微硬度会增加,并稳定在约9.3 GPa。     

激光熔覆同步送粉器的设计与应用

试验中发现,薄熔覆层要明显好于较厚熔覆层,为了获得较薄的熔覆层,根据螺旋传动的原理,设计和制作了激光熔覆同步送粉器,并用Ni基合金粉和Al粉进行了相关测试.试验结果表明:该送粉装置是连续和稳定的,改变螺纹轴直径或转速可以连续调节送粉速度.利用该送粉装置进行激光熔覆试验,获得了较薄且均匀的熔覆层,熔覆层的外型尺寸正确、表面比较平整、内部组织均匀细小.对激光熔覆技术在实际中的应用,尤其是激光在材料修复方面的应用具有实用价值.     

激光感应复合熔覆中熔覆层有效能量分析

在同步送粉激光感应复合熔覆试验的基础上,提出了感应能量密度和熔覆材料的单位质量激光比能两个重要的能量参数.以临界熔覆状态为研究对象,计算分析了单位时间熔覆层质量和熔覆层的有效能量.结果表明,感应加热对复合熔覆工艺有显著影响.在一定感应能量密度范围内,随感应能量密度增加,粉末沉积量增加,熔覆材料的单位质量激光比能减小;当激光参数和感应能量密度一定时,熔覆材料的单位质量激光比能随送粉率增加而增加;当感应能量密度超过一定值时,粉末沉积量和熔覆材料的单位质量激光比能基本保持稳定.     

激光-感应复合熔覆WC-Ni涂层极限条件研究

为解决熔覆层易开裂、熔覆效率低的问题以及合理地选择工艺参数.进行了激光-感应复合熔覆Ni基WC涂层的实验,定义了激光高速扫描下的极限熔覆状态,研究了激光比能与粉末面密度对熔覆层宏观形貌的影响规律.结果表明,最小激光比能、最大熔覆层厚度、接触角均与最大粉末面密度呈线性关系;激光-感应复合熔覆速度达3000 mm/min,送粉率达82.7 g/min,相对单纯激光熔覆技术的效率提高了近5倍,而且获得的Ni60A+20%WC涂层经检测无裂纹.     

合金钢12CrNi3A板材高速钢W6Mo5Cr4V2粉末激光熔覆最优工艺参数选取

激光熔覆技术可在廉价金属基材上制备出高性能的合金表面而不影响基体的性质,可节约贵重稀有金属材料降低成本,但激光熔覆处理时的激光功率、扫描速度、送粉速度等工艺参数都影响激光熔覆后的最终效果。选择合金钢12CrNi3A板材进行表面高速钢W6Mo5Cr4V2粉末熔覆,选用正交实验法研究各工艺参数对熔覆效果的影响。结果表明:送粉速度对提高材料的耐磨性起决定性作用,激光功率是次要因素,扫描速度影响力最差;激光功率对提高材料的耐蚀性起决定性作用,扫描速度是次要因素,而送粉速度影响力最差。     

激光熔覆铁基合金涂层的研究进展

激光熔覆技术作为一种先进的材料表面改性技术,具有加工效率高、涂层稀释率低且与基体结合强度高、自动化程度高、环境友好等优点。在各类熔覆材料中,铁基合金在成分上与钢铁材料最为接近,且其成本相对较低,近年来在设备零部件表面强化和再制造领域得到广泛应用。结合国内外最新相关研究成果,从材料体系、工艺参数、外场辅助技术等方面对激光熔覆铁基合金涂层的研究进展进行了综述。总结了熔覆材料的选材依据以及铁基自熔性合金粉末、不锈钢粉末、铁基非晶合金粉末、铁基复合粉末等各类材料的特点和应用。系统讨论了激光功率、扫描速度、光斑直径、送粉速率等工艺参数对铁基涂层成形质量和微观组织及性能的影响机制,并介绍了工艺参数优化在高质量熔覆层制备中的应用。同时,论述了超声振动、电磁场、温度场等外场辅助技术在激光熔覆铁基合金涂层中的应用,阐明了外加能场对激光熔覆过程中熔池及凝固组织的作用机理。最后对激光熔覆铁基合金涂层未来的发展方向进行了展望。     

激光熔覆技术研究进展

激光熔覆技术是一种先进的材料表面改性技术,具有稀释率小、熔覆层组织致密、涂层与基体结合良好及工作环境无污染等优点。从激光熔覆喷头、激光熔覆工艺、激光熔覆材料、激光熔覆技术的工业应用这4个方面,综述了激光熔覆的研究进展。其中,在激光熔覆喷头方面,介绍了激光光斑的种类及转换原理和熔覆材料的引入方式,总结了激光束与粉束的耦合模式和熔覆喷头的种类,包括旁轴送粉熔覆喷头、光外同轴送粉喷头、光内同轴送粉喷头以及特殊工况下的熔覆喷头。在激光熔覆工艺方面,阐述了工艺参数对熔覆层宏观形貌和组织性能的影响,总结了激光熔覆复合工艺的辅助加工方法,论述了超高速激光熔覆新工艺的原理及技术优势,并介绍了激光熔覆过程控制的研究进展。在激光熔覆材料方面,阐述了熔覆材料的种类及增强相的添加方式。在激光熔覆技术的工业应用方面,介绍了激光熔覆技术在矿山机械、模具再制造以及铁路修复等领域的应用。最后对激光熔覆技术的发展趋势及应用前景做出了展望。     

灰铸铁激光熔覆铁基和镍基粉末的比较*

采用高功率横流CO2激光器,以铁基和镍基合金粉末为熔覆材料,用同步送粉法在灰铸铁基体材料上进行激光熔覆试验,并对熔覆层组织和性能进行比较分析。结果表明,激光熔覆镍基时覆层内的组织较铁基合金熔覆层组织均匀细致;熔覆镍基和铁基粉末合金层与基体结合紧密成冶金结合;结合区的组织晶粒细小,合金碳化物含量高,其硬度也最高。用正交试验法分析激光功率、扫描速度、熔覆层数对熔覆效果、表面硬度的影响规律,获得激光熔覆层表面硬度显著提高;对表面硬度影响最大的因素是扫描速度,其次是激光功率,熔覆层数则影响不大。熔覆Fe35合金粉末综合优化参数为扫描速度300mm/min、激光功率4.0kW、熔覆二层。熔覆Ni20A合金粉末优化参数为扫描速度400mm/min、激光功率4.0kW。     

三通道激光熔覆同轴送粉喷嘴气体速度场试验

在激光熔覆过程中,三通道同轴送粉喷嘴是关键部件,它利用惰性气体将金属粉末稳定地输送到熔池,同时形成保护流场,隔绝周围的空气。喷嘴气体流场对粉末的汇聚和高温区域的保护具有显著的作用,直接影响粉末利用率、金属材料性能和零件的成形精度。为了研究喷嘴保护流场特性,文中采用粒子图像测速(PIV)技术结合数值模拟计算,对自研的三通道同轴送粉喷嘴气体速度场分布进行了试验和分析。结果表明,喷嘴中心、内环和外环三个通道出口的气流速度一致时,喷嘴所形成的流场较为稳定,没有涡流存在。因此,粉末的汇聚性及对溶池的保护效果好;当外通道气流速度大于内通道时,在工件表面上出现旋涡,流场呈不稳定状态;随喷嘴与工件表面距离增加,有效保护范围减小。     

中空激光光内送粉熔覆技术的熔池流场与温度场模拟

基于中空激光光内同轴送粉的激光快速成形工艺．对光粉耦合原理进行了分析。光内同轴送粉成形过程中,粉流稳定易控,光粉耦合性好。且金属粉末的有效利用率远高于传统光外送粉工艺。通过改变占空比和离焦量,得出两者分别对能量分布密度的影响．为工艺试验参数的选择提供依据。运用ANSYS有限元分析软件,对环形中空激光熔池三维流场和温度场进行了分析。环形中空光内熔池具有两对四环对流特点。随着熔覆层高度的增加。基板和熔池的温度会越来越高：激光束在基板和熔覆层表面经过的距离越长．温度场也发生明显变化．时间越长．温度越高。     

送粉式激光熔覆温度场有限元分析

采用有限元方法建立了送粉式激光熔覆过程温度场分析的数学模型，模拟了熔覆过程温度场的分布情况，模拟结果与试验结果基本吻合，表明可以采用此计算方法提供的初始温度值和非接触测量温度变化量来控制激光熔覆工艺参数。模拟结果发现，激光熔覆过程表现为急热急冷的特征；温度梯度较大，最大温度梯度出现在熔池附近和熔覆层与基体交界的边界处。     

送粉激光熔覆中送粉速率对激光束与粉末流相互作用的影响

引入经典光学理论计算激光束与粉末流的相互作用，藉此研究了送粉速率对工件表面激光强度分布和不同位置颗粒温度的影响。计算结果表明：随送粉速率的增加，激光强度以及颗粒温度的最高值都显著降低：同时，激光强度分布和不同位置颗粒温度趋于均匀。由于对激光熔池中动力学过程的潜在影响，这些结果应在描述激光熔覆过程的数学模型中加以考虑。     

液压支架缸体内壁面再制造粉流场影响规律分析

目的 开展液压支架缸体内壁面再制造粉流场规律分析,以提高液压支架缸体内壁面的修复效率,降低其修复成本.方法 采用激光沉积技术修复液压支架缸体内壁面时,侧向送粉粉流集聚性是影响液压支架缸体内壁面修复效率的重要因素.建立修复液压支架缸体内壁面的长悬伸激光沉积模型,基于DEM-CFD双向气固两相流耦合模型,在送粉喷嘴位姿不变...     

自动送粉法激光熔覆的工艺操作图

使用自动送粉装置及２ｋＷｏ、ＣＯ＿２激光器在Ｑ２３５钢板上进行钴基合金的激光熔覆试验，研究了激光熔覆过程中主要综合工艺多数对熔覆层宏观形貌的影响以及激光熔覆临界状态与最佳状态间的联系。以此为依据建立了自动送粉法激光熔覆的工艺操作图。