激光立体成形技术中工艺参数的数值模拟分析

激光立体成形是一种非常复杂的热力学耦合过程,影响成形过程的因素很多.本文在对激光立体成形技术国内外发展研究现状进行概述的基础上,通过对同步送粉激光熔覆技术原理的分析建立了热力学模型,并针对10.6μm的CO_2激光器加热熔覆不锈钢材料3Cr13进行了工艺参数的数值模拟分析.结果表明光斑直径越大能量密度越低,光斑直径越小能量密度越高;同一功率下,扫描速度越大,单道熔覆宽度越小;扫描速度相同,功率越大,单道熔覆宽度也越大.     

激光熔覆AlCoCrFeNiTi0.5合金涂层制备及其组织性能

采用激光熔覆方法制备AlCoCrFeNiTi0.5高熵合金涂层,研究了激光工艺参数对涂层成形及组织性能的影响。结果表明：激光功率为3.5 kW,扫描速度为300 mm/min,光斑直径5 mm时,单道熔覆涂层表面成形性最好。熔覆层主要为BCC结构固溶体,并且有Al80Cr13Co7和Al95Fe4Cr复杂相析出,涂层平均硬度已达到989 Hv。     

激光-氩弧焊电弧复合热源表面熔覆工艺及成形特征

为研究激光-氩弧焊(TIG)电弧复合热源表面熔覆工艺对熔覆层成形特征的影响,建立了激光电弧复合热源表面熔覆试验系统,分别采用大光斑半导体激光热源、激光与TIG复合热源在Q235母材上进行了Ni60合金粉末单道熔覆工艺试验,分析了激光功率、TIG电流对熔覆层高宽比、稀释率、浸润角等成形特征的影响.结果表明:随着激光功率或TIG电流的增加,熔覆层的熔宽、稀释率呈增加趋势,熔覆层的高宽比、浸润角减小.在复合热源熔覆过程中,引入电弧可以显著降低熔覆所需激光功率,可在减小激光热冲击作用的同时降低生产成本;引入小电流TIG电弧,可以降低熔覆层边缘的温度梯度,改善熔覆过程中熔覆层的铺展效果.     

激光熔覆ＴｉＢ－ＴｉＣ/Ｃｏ基复合涂层宏观形貌研究

为了改善Ｑ２３５钢表面合金涂层的成形质量,利用激光熔覆技术在Ｑ２３５钢试样表面制备了ＴｉＢＴｉＣ/Ｃｏ基复合涂层,表面的润湿性逐渐降低,基体对熔覆层的稀释率逐渐减小;随着熔覆层搭接率增加,熔覆层表面平整度逐渐增加,搭接区域均熔合良好,未出现气孔、夹杂等明显缺陷,但搭接区微观组织明显粗化;随着扫描速度增加,熔覆层表面平整度逐渐变差,润湿角和稀释率明显减小;随着激光输出功率增加,熔覆层的表面形貌、润湿角和稀释率变化规律正好相反。通过对试验结果的研究了工艺参数对激光熔覆ＴｉＢ－ＴｉＣ/Ｃｏ基复合涂层宏观形貌的影响。结果表明:随着预置粉末层厚度增加,熔覆材料在基体综合分析,使熔覆层能获得良好宏观形貌的工艺参数为:光斑尺寸为５ｍｍ;搭接率为５０％;激光输出功率为２.３ｋＷ;扫描速度为４ｍｍ/ｓ。     

铝青铜表面激光熔覆镍基合金温度场的数值模拟

以铝青铜为基材、铜镍合金为熔覆粉末,采用压粉方式实现激光熔覆加工.对此过程建立二维温度场数值模型,考虑温度变化对铝青铜热物理参数的影响以及表面对流换热、内部结晶潜热等因素,用C++语言编写激光熔覆过程中温度场模型的计算程序.结果表明,激光熔覆加工过程中的温度场变化是由非稳态到达稳态的过程,激光光斑附近温度梯度较大,远离光斑处温度梯度较小.由温度场分布图得知,为优化加工质量,满足熔覆要求,试验应采用由高到低的功率进行熔覆.     

基于遗传算法的机器人激光熔覆工艺参数多目标优化

激光熔覆技术作为增材制造技术的一种,具有熔覆质量高、修复精度高等特点,机器人激光熔覆系统是由激光技术与机器人技术相结合的高度集成化系统,广泛应用于装备制造领域。激光熔覆工艺参数直接影响熔覆精度和熔覆质量,进而影响再制造构件的服役寿命,因此提出遗传算法对工艺参数进行多目标优化,实验结果表明优化后的工艺参数能使得熔覆层形貌与质量得到明显提升。     

自愈合效应对光内送粉激光变斑熔覆成形薄壁件的影响

为提高激光熔覆成形不等宽构件的成形效率及成形精度,设计了相应的实验:基于光内送粉方式,在单道工艺中采用实时变激光光斑方法,一次扫描而非多道搭接直接熔覆出不等宽熔覆层,逐层堆积制造薄壁零件。分析了变斑过程中激光离焦量连续变化及"拼接"后分段连续变化对薄壁件成形质量的影响规律,结果表明:激光离焦量在-3~-5mm段时薄壁墙顶部平整,表面成形质量良好,熔覆层顶端形貌存在"自愈合"效应,而激光离焦量在0~-2mm段时薄壁墙顶部不平整,成形质量很差;在负离焦范围内,随激光离焦量增大,熔覆层高度先增加后降低,在-2.5mm处取得最大值;在正离焦范围内,熔覆层高度随激光离焦量增大也是先增加后降低,在2.5mm处取得最大值。为实现变斑过程中熔覆层尺寸的连续变化,且充分利用自愈合效应,提出了激光离焦量区间的拼接方法,获得了变斑过程中的自愈合区间,在此区间内逐层堆积出了熔覆层宽度从1到3mm连续变化的薄壁件。此项研究可望为光内送粉激光熔覆成形薄壁变壁厚类零件提供新的方法和工艺。     

激光熔覆Ni35A+TiC复合材料熔覆形貌及成形效率影响研究

为了揭示激光熔覆工艺参数及TiC粉末比例对复合材料熔覆形貌与成形效率的影响关系,改善熔覆形貌包括表面质量与基材熔化深度,提高复合材料熔覆成形效率,采用响应面法中心复合设计模块分析了激光功率、扫描速度、气流量及TiC粉末比例对复合材料熔覆形貌的影响规律,建立了工艺参数及TiC粉末比例与复合材料熔覆效率、基材熔化深度之间的数学模型,通过方差分析证明了模型的合理性.结果显示,气流量对复合材料熔覆形貌影响并不显著,熔覆形貌随着激光功率增大、扫描速度减小及TiC粉末比例减少而得到明显改善;扫描速度及TiC粉末配比对熔覆效率影响最为显著,合理减小TiC粉末配比及增加扫描速度可以有效提高熔覆效率;激光功率对基材熔化深度影响最显著且呈二次正相关关系,其余参数均呈负线性相关关系;分析发现不同材料的熔覆能量需求是导致不同材料成分比例复合材料熔覆效率及形貌差异的最主要原因.以熔覆效率最大及基材熔化深度最小为优化目标,对比预测值与实验值,得到熔覆效率及基材熔化深度的误差率分别为3.450%、5.386%.该研究为提高复合材料熔覆形貌及熔覆效率的预测与控制提供了理论依据.     

工艺参数对激光熔覆层质量的影响

概述了激光熔覆技术,介绍了激光熔覆工艺中激光功率、扫描速度等工艺参数对熔覆层质量的影响.     

激光熔覆中工艺参数对形成层几何特征及硬度影响分析

激光熔覆技术的实质是合金粉末快速熔化和凝固的过程,其形成层的形状和性能与工艺参数密切相关.为了了解工艺参数对激光熔覆形成层几何特征及硬度的影响规律,根据正交试验设计方法设计研究了工艺参数(激光功率、扫描速率、送粉速率)对单道单层熔覆层几何特征(熔覆层高度、宽度与熔池深度)与硬度影响的试验,根据试验结果归纳了工艺参数对单道单层熔覆层几何特征与硬度的影响规律,解释了造成这些影响的原因,试验表明激光功率是影响熔覆层几何特征的最显著因素.此外,使用了一个激光熔覆层的几何特征数学模型对照验证了试验结果.     

机器人焊接增材再制造熔覆层成形影响因素分析

针对机器人焊接增材再制造过程,以Q235B为增材再制造基体材料,以DHQ49-1(H08Mn2SiA)为熔覆材料,通过正交试验的方法研究了焊接工艺参数对再制造熔覆成形平整度的影响规律,获得了最优的焊接工艺参数。研究结果表明,焊道偏移量对表面平整度的影响最为显著。采用实验获得的最优参数焊接熔覆的高度误差小于0.3 mm,宽度误差小于0.8 mm。该研究对机器人焊接增材再制造技术的成形精度控制及工艺优化提供了数据基础,具有一定的理论价值和现实意义。     

机器人焊接增材再制造熔覆层成形影响因素分析

针对机器人焊接增材再制造过程,以Q235B为增材再制造基体材料,以DHQ49-1(H08Mn2SiA)为熔覆材料,通过正交试验的方法研究了焊接工艺参数对再制造熔覆成形平整度的影响规律,获得了最优的焊接工艺参数。研究结果表明,焊道偏移量对表面平整度的影响最为显著。采用实验获得的最优参数焊接熔覆的高度误差小于0.3 mm,宽度误差小于0.8 mm。该研究对机器人焊接增材再制造技术的成形精度控制及工艺优化提供了数据基础,具有一定的理论价值和现实意义。     

增材-微锻造加工工艺应力场数值模拟研究

激光熔丝增材制造过程中,材料快热快冷的特点使熔覆层产生不利于表面强度的残余应力,而增材-微锻加工工艺可提高增材制件的加工质量,改善增材制件微观组织及力学性能缺陷.以TC4为研究对象,通过超声微锻造工具头与熔池保持一定的相对距离做进给运动,对材料表面进行高频次冲击与滚压,使熔覆层表面得到改善和强化.对增材-微锻加工工艺进行顺序热结构耦合数值模拟研究,分析加工过程中熔覆层应力场变化情况.研究表明:对尚未冷却的增材熔覆层表面进行超声微锻造,熔覆层由于热源加载产生的残余拉应力转化为较为有益的残余压应力,降低了熔覆层表层缺陷发生的概率.不同的超声振幅、进给速度以及锻造温度参数对残余压应力及法向变形量有较大影响.     

激光熔覆工艺参数对熔覆层形貌的影响及优化

应用IPG-500激光器对45号钢进行了激光熔覆,研究了工艺参数对熔覆层形貌的影响,采用极差分析找出影响熔覆层形貌的关键因素.在此基础上,提出采用灰色关联度分析不同参数组合下的熔覆层质量与理想的熔覆层质量之间的关联度,从而找出最佳的激光熔覆工艺参数组合.结果表明,激光功率与扫描速度是影响熔覆层形貌的主要因素,并且在激光功率为400W,扫描速度为7mm/s及送粉速率为0.7r/min的条件下,所获得的熔覆层质量最优,为激光熔覆工艺参数的选择提供理论支持.     

爆炸复合参数的计算机辅助设计

爆炸复合是一个复杂的物理化学过程，其最佳工艺参数必须由试验确定，为了指导试验参数的选择，可根据理论放半经验公式，确定出工艺参数的范围，即爆炸复合焊接性窗口，该文依据确定爆炸复合焊接性窗口的方法，编制了计算机辅助设计程序，计算并绘制了钽－钢爆炸复合的焊接性窗口。     

中间夹层对不锈钢复合板界面结合性能的影响

在实验中借鉴了钎焊及扩散焊工艺的一些特点,运用中间夹层材料来促进不锈钢与碳钢的复合·主要对影响复合的各种因素,包括压力、温度、保温时间、保护气体等进行了一系列的实验,摸索出了几种中间夹层材料能够发挥最佳效果的工艺参数·在采用银铜锌中间夹层材料时,通过实验总结出当复合温度为750℃,首道次压下率为25%时可以实现不锈钢与碳钢之间的良好复合·使用纯净的氩气能够有效地防止复合表面的氧化·另外从理论上较为深入地分析了各项工艺参数对复合效果的影响·     

镍基合金激光快速成形裂纹控制技术

裂纹控制技术是镍基合金激光快速成形技术广泛应用和进一步工业化的关键.从熔覆层金相组织、物相组成、残余应力、宏观形貌和断口观察等角度分析了Ni60合金激光快速成形裂纹形成的原因,提出了相应的裂纹控制策略.研究表明:Ni60合金的激光快速成形裂纹主要是由于硬脆相引起的熔覆层低延性及残余内应力导致的脆性冷裂纹.通过调整合金成分,优化工艺参数,以及引入超声振动等措施,可以改善镍基合金激光快速成形组织,提高塑韧性,降低残余内应力,从而降低裂纹敏感性,减少或消除裂纹.     

铜合金表面添加SiC晶须的Ni-Cu激光熔覆层

用5 kW CO2激光器,通过优化激光工艺参数,在结晶器用铜合金表面预置添加SiC晶须的镍基自熔合金(Ni1015)粉,制备出表面平整、组织均匀致密、无气孔和裂纹等缺陷、与基体为冶金结合的Ni-Cu激光熔覆层.借助OM,SEM和显微硬度计等分析测定了涂层的显微组织形貌、组织成分和截面显微硬度.结果表明:添加SiC晶须的Ni-Cu涂层比单纯的Ni-Cu涂层的显微组织明显得到细化,涂层的显微硬度高出150HV左右,是铜合金基体(85 HV)的3.7倍,从而能够提高结晶器的使用性能.     

激光熔覆成形砂型铸造金属模具探讨

探讨激光熔覆成形技术直接制造砂型铸造用金属模具的问题．通过分析砂型铸造用金属模具无悬臂结构、有拔模斜度、采用圆弧过渡等结构特点，论证了激光熔覆成形技术适用于这种模具的制造，能降低模具制造成本、缩短工期；提出了在应用中进一步轻量化、低耗化的对策，并指出随着激光熔覆成形技术的发展，砂型铸造金属模具的轻量化、低耗化将逐步实现．     

酸溶法传像束单丝成纤过程流体动力学分析

酸溶法是制造柔性光纤传像束的先进工艺,而三坩埚法拉制3层同轴单丝是酸溶法工艺中的关键技术。为了保证三坩埚法成纤时芯料、皮料和酸溶玻璃的物料平衡,首先设计了柔性光纤传像束的单丝直径和断面结构,测定了芯料、皮料和酸溶玻璃的黏度-温度曲线以及密度,并采用流体动力学的方法分析了玻璃在坩埚内的流动状态,最终根据流量平衡的原理提出了三坩埚设计参数的计算方法。该计算方法根据误差分析对计算参数进行调整后取得了良好的效果。