基于图像的激光熔覆粉末粒子运动行为分析

为研究送粉参量(送粉量和送粉气流量)变化对激光熔覆过程同轴载气粉末粒子运动行为的影响,建立了数字粒子图像测速试验装置,开发了图像处理软件,得到了不同送粉参量精确的速度场云图以及z轴方向(垂直方向)浓度分布情况。结果表明,在送粉量一定的情况下,随送粉气流量的增加,粉末粒子的初始速度呈线性增大,并使z轴方向速度的增加值加大,而对粉末流浓度影响较小。在气流量一定的情况下,送粉量与粒子速度在一定范围内有一定比例关系,超出送粉量0.33g/s～0.83g/s范围,其影响将减弱。由于粉嘴结构的原因,沿出粉方向存在粉末发散汇聚再发散的变化。汇聚的实现与气体流量关系较大。     

激光熔覆中粉嘴流场的数值模拟

建立了激光熔覆中由粉嘴输出的保护气体-金属粉末两相流场计算模型,应用FLUENT软件进行计算。该模型中考虑了两相流中动量和质量的传输。分析了金属粉末流场的水平方向和中心线上的速度分布规律,以及粉嘴内外粉末流的速度矢量分布规律。计算结果表明,中心线处粉末流速度分布先呈现微小的增大减小过程,而后单调递增,大约从粉嘴下方100 mm后呈线性递增;速度水平分布先在中心线附近达到最大而后在径向距离6~11 mm区间内线性递减至零。在相同的工艺参数下,应用数字粒子图像测速(DPIV)技术对同一流场进行检测,计算值和测量值吻合较好。结果表明,所建立的保护气体-金属粉末流速度场模型是可靠的,该模型对掌握流场参数分布和进一步指导粉嘴尺寸设计有一定的参考作用。     

激光熔覆过程预置粉末熔化行为的动态检测与分析

粉末的熔化行为对激光熔覆过程的精确成形控制有重要影响。针对粉末预置时与激光的复杂动态热交互行为,建立高速摄像光学采集系统,检测并分析粉末熔化的动态过程,分析了不同特征阶段对粉末熔化成形特征的影响规律与作用形式,建立了可以描述熔化过程的物理模型,研究了不同特征阶段下激光与粉末的动态热物理作用机制。实验结果表明:半导体激光熔覆过程中粉末的熔化行为一般存在4个典型特征阶段,不同特征阶段的作用周期对成形参数的影响规律不同;通过对不同特征阶段的热物理行为进行分析,建立了可以描述半导体激光与粉末热交互作用的动态物理模型;通过对动态物理模型的分析,获得了激光功率、离焦量等参数对不同特征阶段热物理行为的作用机制。     

激光熔覆WF218合金粉末的研究

本文对激光熔覆用WF—218合金粉末的激光熔覆工艺和熔覆层组织、性能进行了研究,获得了WF—218钴基合金粉末激光熔覆层厚度和宽度与最小比能量关系曲线和熔覆层的性能数据,为用户选择和使用激光熔覆WF—218合金粉末和在气门等产品上应用提供了依据。     

基于细胞分裂的粒子图像运动分析

针对粒子追踪技术中的粒子误对应问题与粒子相关法对粒子区域平均化处理所带来的误差问题,制定了用于粒子图像测速的细胞分裂准则,并提出了基于细胞分裂的粒子追踪匹配算法模型:将兴趣区域作为细胞体并以细胞体内单点匹配相关程度与粒子的近邻程度作为判断准则对分析窗口内的点进行分裂;分裂形成的子团之间进行竞争并将优胜团代表本分析区域参与其他区域优胜团的竞争;根据优胜团先后位置变化得到矢量位移场.最后,使用人工合成的粒子图进行了算法验证及误差分析.结果表明:所提算法在分析精度方面有了较大的提高.     

送粉激光熔覆时激光与粉末的交互作用

通过建立粉末在激光照射下的热传导模型，用有限差分法计算了不同合金、不同粒度的粉末在不同激光功率密度作用下的温度变化，通过实验验证得出各种粉末在不同激光功率下的临界熔化时间和相应的临界激光扫描速度。     

镍硅硼合金粉末激光熔覆中熔池光谱检测分析

为了研究激光熔覆过程中激光熔池的光谱辐射特性,采用光栅光谱检测技术检测镍硅硼合金粉末熔覆过程中熔池光谱,得到不同功率、速度及时间下的光谱分布。结果表明:激光功率900 W时波长550nm处熔池光谱相对强度最高为500,功率增加到1000 W时,光谱相对强度增加为600;激光功率保持不变时,光谱辐射相对强度随扫描速度增加而减小,随熔覆过程时间增加而增加,但在15s后,基本达到稳定状态。激光熔覆过程中熔池光谱波动与熔覆层质量存在一定的关系,试验中发现,功率为900 W,扫描速度2mm/s时,熔覆层质量较好,试样基体变形较小,熔池光谱相对强度波动也较小。     

铝合金表面激光熔覆Al+Y粉末的研究

为了研究激光熔覆制备Al-Y合金涂层的可行性,采用CO2激光器熔化预置的Al+Y混合粉末的方法,利用SEM,XRD,EDS和硬度检验等方法分析了熔覆层的显微组织、物相组成、成分分布和硬度等。在2034铝合金表面得到了激光熔覆涂层,其物相主要由Al,Y5Al3,YAl3,YA1等组成,Y元素主要分布于晶界和枝晶间,熔覆层的显微硬度70HV0.2～95HV0.2与基体的100HV0.2～120HV0.2相比较低,原因在于降低了基体中Cu元素的固熔强化效果。结果表明,熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,熔覆层显微组织显著细化。     

激光直写标志牌专用熔覆粉末的设计及分析

为了研制激光直写标志牌系统所需的专用熔覆粉末,以满足铁路货车用耐候钢Q450NQR1凸字型标志的要求,采用均匀设计与优化的方法,对熔覆合金粉末的成分进行了理论分析和试验验证,取得了不同成分下熔覆层的外观形貌、硬度、腐蚀失重及失重率等数据.结果表明,当合金成分的质量分数为W(Ni)=0.20～0.22,W(Cr)=0.1...     

纯Cr粉末激光熔覆性能研究

利用激光在PCrNi3Mo钢上熔覆纯Cr粉末。结果表明,激光熔覆层与基体发生了冶金结合。熔覆层具有较高的硬度和良好的耐磨性。     

送粉式激光熔覆能量有效利用率分析

通过分析熔覆过程中光束、粉末和熔池间的相互作用,提出了送粉式激光熔覆能量利用率的数学模型,并结合相关参数进行了计算。结果表明,整个熔覆过程中能量有效利用率较低。该模型客观地反映了熔覆工艺参数和工艺结果的关系,为熔覆工艺参数优化,熔覆质量的预测、评定,提供了理论依据。     

基于激光光斑直径的激光熔覆粉末汇聚特性数值模拟

为了探索激光熔覆过程激光与粉末流的耦合作用机理,通过激光熔覆喷粉数值模拟,研究送粉速度对粉末汇聚特性的影响规律,随着送粉速度的增加,粉末流焦点直径逐渐减小,粉末流获得良好的收敛性.通过分析激光光斑模拟图,研究激光光斑大小与粉末流焦点直径的作用关系,并通过激光熔覆实验进一步验证,当粉末流焦点直径接近激光光斑直径时,熔覆形...     

镍铁铝混合粉末的激光熔覆冶金研究

为了利用高能激光束将镍、铁、铝金属单质的混合粉末快速熔融,得到高性能的镍铁铝合金,并直接用于熔覆,采用激光3-D打印的金属粉末成型的方法,用一台中低功率的光纤激光器,以工程中常用的轧制不锈钢板为基底,研究了一定比例的镍、铁、铝混合粉末的熔覆冶金情况。通过优化激光工艺参量（激光频率、扫描速率、激光功率和离焦量）组合,得到了质量良好的单道熔覆结果。通过激光共聚焦显微镜、晶相显微镜以及扫描电子显微镜等检测手段,对熔覆条的宏观形貌和微观组织进行观察。结果表明,可获得良好的无气孔无裂纹的合金组织,且合金与基板形成了良好的冶金结合;熔覆层硬度低于基板硬度30HV左右,但截面硬度分布均匀。该研究有助于得到各向性质统一的冶金层。     

送粉式激光熔覆过程中的激光能量控制

建立了送粉式激光熔覆的物理及数学模型,并利用有限元分析软件模拟了基体和激光束相互作用的温度场分布.结合数学模型和温度场分布图例讨论了熔覆过程中各个参数变化对激光功率重分配的影响,为熔覆过程中参数调整和优化提供了理论依据.     

基于中空激光光内送粉技术的扇形结构件激光成形研究

基于中空激光光内送粉技术,运用实时变姿态方法和法向分层方法,进行了具有不等高熔道特征的扇形结构件成形研究。分析了熔道层高与扫描速度之间的对应关系,结合不等高熔道的几何模型和熔道层高与扫描速度之间的关系,采用分段变速的方法熔覆出了不等高熔道。在此基础上进行多道不等高熔道堆积,成形出了扇形薄壁墙结构。分析表明,所获得成形件尺寸精度较高,相对尺寸误差控制在7%以内;成形件各处显微组织差异较小,组织细密、均匀。     

激光熔覆沸腾式送粉器气固两相流数值模拟研究

为了改进激光熔覆沸腾式送粉器的性能,对送粉器的送粉过程运用FLUENT软件进行了3维非定常的气固两相流仿真。通过对比Syamlal-O'Brien,Gidaspow,Mckeen和修正的Syamlal-O'Brien曳力模型中Ni基合金粉末输送的模拟结果,发现Mckeen模型得到的粉末流量与实验值相符。利用Mckeen模型,分别对不同沸腾气流量进行计算,其平均的粉末流量也与实验值接近,从而确定了Mckeen曳力模型适用于该类送粉器的数值模拟;并分析了2.6L/min的沸腾气流量下的气体与粉末的流化特性。结果表明,沸腾进气口2对送粉的影响不大,关闭该气流入口也可得到很好的送粉结果。这为激光熔覆送粉器结构改进和优化提供了理论依据。     

自动送粉激光熔覆装置及工艺研究

研制了一种工作稳定性好、粉末流量连续可调的自动送粉装置。经A_3钢表面激光熔覆WF-150不锈钢合金粉末的研究表明,所获得的激光熔覆层均匀连续、无宏观气孔和裂纹,粉末利用率高达94％。     

激光熔覆专用铁基合金粉末的研究进展

指出了目前防止熔覆层开裂所采取的主要措施中存在的问题,阐述了激光熔覆和热喷涂对于所用合金粉末性能要求之异同,评述了激光熔覆专用铁基合金粉末的研制现状,提出了成分与组织设计的新思想。     

送粉式激光熔覆过程中激光有效能量的描述

为描述激光熔覆层质量与工艺参数之间的相互关系,在研究自动送粉激光熔覆过程能量分配规律的基础上,利用金相法检测的不同工艺条件下单道熔覆层的宏观参数,定量计算了L.C.Lim提出的单位质量熔覆材料的比能和单位时间实际输入的比能两个重要参数,并系统地分析了影响因素。在激光参数恒定的条件下,单位质量熔覆材料的比能随送粉速率的增大而减小;单位时间实际输入的比能随扫描速度的增加而减小。对单位质量熔覆材料的比能随扫描速度的变化出现最小值的现象给出了合理的解释。为进一步研究熔覆层的凝固行为、显微组织与工艺参数的关系奠定了理论基础。