激光熔覆技术的研究进展

激光熔覆技术是一种先进的表面改性技术,具有广泛的应用领域.本文介绍了激光熔覆技术的发展、应用、激光熔覆技术的设备及工艺特点,对激光熔覆层的表面质量、熔覆层存在的问题及熔覆层内裂纹形成的影响因素进行了综合评述,同时展望了激光熔覆技术的发展前景.最后,指出了存在的问题和今后努力的方向.     

多道搭接激光熔覆层残余应力测试方法研究

为了克服多道搭接激光熔覆层的开裂问题,分析了熔覆层与基体材料之间的力学关系,建立了激光熔覆层残余应力测试方法,推导了残余应力的计算公式。利用该方法对多道搭接激光熔覆层的残余应力分布进行了实验测定。测试结果表明,熔覆层的表层残余应力为拉应力,在过渡区出现残余压应力。此方法有助于准确测定熔覆层的残余应力分布。     

铸铁表面双光束激光熔覆温度场与应力场分析

为了减少熔覆开裂,提高熔覆质量,本文采用一定光束间距的并联双光束激光对铸铁表面进行熔覆,建立熔覆过程三维热力耦合模型,分析双光束激光熔覆热/力特征变化。计算结果表明,双光束激光在提高熔覆效率的同时,相邻两熔道彼此进行预热与缓冷,减小了激光熔覆过程中急剧升温与冷却产生的巨大温度梯度,降低熔层和结合区的残余应力水平,进而达到抑制裂纹产生的效果。1 800 W-1 400 W功率组合、光束间距为12.5 mm是较为理想的参数组合。     

激光熔覆添加碳化钨的镍基合金应力状况研究

在20Cr2NiSiW基体上熔覆添加碳化钨的镍基合金．对熔覆层的应力状态进行了分析。未预热的熔覆层存在热应力的残余应力峰值700MPa．和相变应力的残余应力峰值850MPa。熔覆件整体的熔前预热和熔后保温。可以改善熔覆层的应力分布。消除部分热应力和相变应力，残余应力也有所降低。虽然仍呈现熔覆层受拉应力，热影响区受压应力的状态．但热应力的峰值降到510MPa．热应力峰也从表面移到了熔覆层的中部。界面的相变拉应力峰被消除．得到了应力分布状态较好的激光熔覆层。在未预热的熔覆层内，先共晶的奥氏体枝晶的生长，从界面开始逆温度梯度方向定向生长．直到熔覆层的表面。而在预热的熔覆层内．先共晶的奥氏体的生长方向变为从熔池的四周垂直于熔池的边界生长．到熔覆层的中部结束。     

预热温度对激光熔覆层组织和应力的影响

激光熔覆层的组织和应力对熔覆层的裂纹控制具有重要影响,而熔覆层的组织和应力与熔覆过程中的预热温度密切相关.本文在铸钢基体表面激光熔覆铁基粉末制备了熔覆层,分析了不同预热温度下熔覆层的组织和应力分布规律.结果表明:预热温度越高,熔覆层与基体之间的元素相互作用越强;当预热温度为100℃时,熔覆层中的应力峰值明显降低,平行于...     

抽油泵内筒材料激光熔覆高熵合金的热力耦合仿真研究

为突破抽油泵内筒材料表面激光熔覆高熵合金容易形成裂纹的技术瓶颈,本研究团队建立了激光熔覆高熵合金热力耦合仿真模型,该模型以材料热物性参数随温度的变化、相变潜热、激光功率和激光扫描速度为主要自变量.仿真结果表明:由于激光熔覆过程具有局部的快速加热和冷却特性,高的温度梯度主要集中在激光熔覆区域及其附近;在激光熔覆高熵合金温...     

激光熔覆立铣刀的制造研究

采用同步送粉激光熔覆方法，在45#钢立铣刀坯材的刃带部位，熔覆一层钴基自熔合金作为立铣刀的加工刃。研究了激光熔覆工艺参数对激光熔覆层形状和开裂的影响，结果表明，熔层宽度的关键因素是激光的有效光斑尺寸，它是由激光功率密度与熔覆速度决定的；熔层高度的关键因素是粉末的线送粉速率，它是由送粉器的送粉速率与熔覆速度的比值决定的；提高激光功率可显著降低熔层开裂倾向。同时，薄的熔层形状可以降低熔层开裂的倾向。进行了激光熔覆立铣刀工装设备．和工艺研究；采用优化工艺，在45#钢铣刀坯材上熔覆成功无裂纹，成型良好、硬度分布满足使用要求的功能层；通过了国标GB／T122．4．3-90规定的立铣刀切削性能试验。以激光熔覆新工艺完成了立铣刀的制造。     

激光表面重熔、熔覆温度场的研究评述

介绍了激光重熔、熔覆温度场的研究现状,叙述了较为典型的二维、三维稳态和非稳态传热模型,简要分析了各模型中考虑的因素,以及从该模型出发所得到的结果与实际情况的比较.根据已有研究所得到的结论,简要讨论了影响模型建立的几个主要因素:1) 热源特征;2) 表面吸收系数;3) 熔池中流体的流动;4) 相变潜热;5) 激光工艺参数,熔池表面形貌等对模型建立的影响.全文通过对以上问题的讨论,为激光与材料相互作用的强瞬态物理过程研究,零件表面裂纹等缺陷激光修复工艺措施的制定提供了理论指导.(PE8)     

基于温度场评估的激光熔覆顺序决策方法研究

为了在激光熔覆再制造过程中得到更优的激光熔覆顺序选择决策方法,采用有限元法对平面基材多道激光熔覆传热学模型的温度场瞬态解进行了理论分析,并利用基于热电偶的测温系统验证了整个数值模拟过程的可靠性。提出了一种评估选择法,即利用数值模拟来分析和评估基体瞬态温度场,根据评估准则选择熔覆过程激光扫描顺序的轨迹优化方法。结果表明,取得单向逐次和评估选择样件的实验硬度数据分别为625.38HV,620.58HV,623.34HV,680.09HV,673.58HV和683.01HV,变形均值为0.9722mm和0.6458mm;评估选择法有最均匀的温度场,熔池周围有最大的温度梯度,其能产生较大的熔覆层硬度及较小的组织尺度,同时测量变形较小。该方法为激光熔覆的顺序选择提供了重要的参考价值。     

基于ABAQUS的激光冲击波诱导残余应力场的有限元模拟

激光冲击处理(LSP)(或激光喷丸强化)是利用激光冲击波压力对材料表面实施强化处理的一种新型表面处理技术。经激光冲击后，残余压应力在材料表面和深度方向上的分布和大小是评价激光冲击效果的一个重要指标，而有限元模拟(FEM)是预测激光冲击处理后残余应力场分布和大小的一种有效方法。在利用ABAQUS软件对激光冲击处理6061-T6铝合金进行数值分析时，讨论了有限元模型、材料性能、冲击加载方式、分析时间等关键问题的处理方法，并分析了激光冲击后残余应力场的分布特点，最后利用有限元模拟考察了激光冲击次数对残余应力场的影响。     

铁路车辆车钩再制造激光表面熔覆温度场有限元分析

激光表面熔覆作为一种再制造技术手段被应用于零件表面的修复和强化.针对以激光表面熔覆为主要工艺的铁路货车易磨损零部件车钩的再制造,以有限元方法模拟熔覆过程中熔覆区和基体的温度场.在研究激光表面熔覆数值模拟的热源模型、相变潜热以及网格划分等相关技术的基础上,模拟分析激光束与圆柱内孔表面不同夹角时,预置式激光熔覆和同步送粉式激光熔覆温度场变化,进行对比.模拟结果符合激光表面熔覆的基本规律,可应用于车钩再制造过程中的激光表面熔覆工艺的预估与设计.     

激光熔覆含碳化钨的镍基合金

在20Cr2NiSiW基体上熔覆添加碳化钨的镍基合金,对熔覆层的应力状态进行了分析, 基体的熔前预热和熔覆层的熔后保温,可以改善熔覆层的应力分布。在表面层和基体之间熔覆具有良好韧性的“过渡层”,减少了微裂纹。分析了掺碳化钨的镍基合金复合熔覆层的硬度分布和微观结构。改进了激光熔覆工艺,得到了应力分布状态较好的无裂纹的激光熔履层。     

铁基合金激光熔覆层的摩擦学特性

为评估激光熔覆技术修复塑料模具的磨损性能,采用铁基合金粉末在40Cr钢基体表面进行激光熔覆。激光熔覆层为上试样,GCr15钢球为下试样,利用HT-500磨损试验机进行摩擦磨损试验,研究在干摩擦、润滑条件下,激光熔覆层及其配副的摩擦学特性。利用表面形貌仪测量磨痕的深度和宽度,理论计算磨损率。研究结果表明,在干摩擦条件下,随载荷的增加,激光熔覆层及其配副的摩擦系数先降低后增加,当载荷为300 g时摩擦系数最小;随载荷的继续增加,摩擦系数逐渐增大。在相同载荷与润滑条件下,激光熔覆层及其配副的摩擦系数、磨损率、磨痕宽度均小于干摩擦条件下的值;随着磨损时间的增加,摩擦系数在磨损后期略有上升,磨损深度、磨损体积、磨损率逐渐增大。     

激光冲击强化残余应力场的数值仿真分析

有限元分析(FEM)是预测激光冲击强化处理(LSP)后材料的残余应力场、合理优化冲击参数非常有效的方法。通过对材料冲击响应过程的分析,建立了激光冲击强化处理的有限元分析模型,实现了激光冲击强化处理残余应力场的数值仿真。根据显式分析得到的材料内部各种能量变化过程,结合应力波理论,验证显式分析过程的正确性,提出显式分析求解时间的选择方法;分析了单次和多次冲击下材料内部的残余应力场分布,分析结果与实验结果非常接近。数值分析结果表明,表面残余应力在冲击区域内分布比较均匀,表层的残余应力梯度较小;多次重复冲击后,材料的残余压应力明显增加,残余压应力影响深度也显著加深;随着冲击次数的增加,材料的残余应力场趋于饱和。     

基于环形光光内送粉激光熔覆温度场的数值模拟

针对"光束中空,光内送粉"的激光熔覆工艺方法,利用Ansys软件的参数化设计语言(APDL)建立了环形激光光斑连续移动加载的激光熔覆模型。通过计算该模型,可以掌握环形激光光内送粉激光熔覆过程中温度场的分布规律。计算结果表明,采用环形激光束加载时,熔池的最高温度区域的形状呈现出"马鞍形"。在基体纵切面上,熔池的高温区域分布呈不对称的"W"形,且高温区域主要分布在光斑中心往后;在基体横截面上,熔池的高温区域分布呈对称的"W"形,熔池中心温度低,两侧温度高,通过基体横断面等温线的分布能够判断熔覆层与基体的结合情况。位于扫描路径中心位置的点在激光束扫过其过程中会经历迅速升温、降温、升温、再迅速降温的急冷急热过程,且第二次升温高于第一次的温度值;位于光斑内外环之间的点在激光束扫过其过程中只有一次升温降温的过程,温度分布较均匀。     

激光划痕法膜基界面的温度场及应力场分析

为了对膜基系统的温度分布和应力分布进行模拟研究,采用ANSYS有限元分析软件,对高斯移动激光加载条件下TiN薄膜的温度场和由温度场产生的应力场进行了稳态分析。研究结果表明,温度场随激光光源的移动而移动,温度场中温度最大点在激光光斑中心处,且激光光源移动方向后方的温度场有较大的迟滞现象。在膜基系统中产生的应力场主要集中在薄膜内部。温度场和应力场的研究对探讨膜基系统失效进程具有重要意义。