激光熔覆成形薄壁件离焦量和Z轴提升量选择方法

离焦量和Z轴提升量影响激光熔覆成形薄壁件的精度和效率,得到高精度薄壁件的关键是使Z轴提升量等于初始离焦量下的熔覆高度.为了解决高精度、高效率激光熔覆成形薄壁件问题,基于概率学构建了同轴送粉式激光熔覆系统的粉末分布密度模型,得到了不同负离焦量下熔覆高度计算公式并进行实验验证.提出了任意负离焦量和Z轴提升量下多层熔覆成形薄壁件高度的计算方法并进行实验验证.结果表明多层熔覆成形薄壁件高度的计算结果与实验结果基本一致,选择尽可能大并且能够形成自愈合作用的负离焦量,并使Z轴提升量等于该离焦量对应的熔覆高度计算值,可以得到成形效率高、精度高的薄壁件.     

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。     

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。     

激光熔覆技术修复局部腐蚀钢板后修复件的力学性能

为研究激光熔覆技术修复局部腐蚀钢板后修复件的力学性能，通过单轴拉伸试验研究了腐蚀方式、腐蚀界面处理方式、腐蚀深度以及激光熔覆扫描路径对修复件力学性能的影响规律，获得了局部腐蚀件和激光熔覆修复件的力-位移曲线以及力学性能折减系数。结果表明：通过激光熔覆技术修复的局部片腐蚀和局部点腐蚀钢板，其弹性模量、屈服强度和极限强度与完整件基本相当，极限伸长率可恢复到完整件的70%以上；柔化处理熔覆层侧面-基材界面或增加搭接区域可将修复件断裂位置从熔覆层侧面-基材界面转移到基材，进一步提升修复件力学性能；激光熔覆技术可修复不同腐蚀深度的腐蚀钢板，且修复件的力学性能对扫描路径不敏感。     

基于温度控制的激光熔覆成形工艺研究

文章介绍了实验室自行搭建的激光熔覆成形平台,通过实验得出了一组最佳的成形工艺参数。该实验利用双色高温计测量熔池温度,实时控制激光输出功率,成功完成了薄壁零件的制造。所得薄壁零件表面平整、壁厚均匀、尺寸及形状精度较高,通过金相分析未发现微观裂纹或其他缺陷。     

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．     

激光熔覆沉积TC11钛合金基板应力预测和微观组织研究

对损伤的TC11钛合金零部件进行激光熔覆沉积修复,可在不影响零件使用性能的前提下,节约贵重钛合金资源,提高零件利用率。分析修复后熔覆层和基材组织性能和开裂倾向是激光熔覆沉积修复工艺的基础研究工作。采用高斯热源,建立了单道单层激光熔覆应力预测三维数值模型,研究了激光熔覆基板的应力分布规律。随后,进一步实验研究了TC11激光熔覆区的显微组织结构。结果表明,激光熔覆区可分为熔覆层、热影响区和热应力层3部分。基板热应力层的晶粒受到应力的作用变形显著。激光熔覆后基板应力仿真和实验结果分布趋势一致,且最大热应力深度随激光功率的增大而增大。     

基于球面贝塞尔的姿态过渡与插补方法

为了避免机器人姿态规划中反复加减速运动,节省时间,提出一种基于球面贝塞尔曲线的过渡和插补方法,用于相邻运动指令之间的姿态过渡.首先,将相邻指令的起始姿态和终点姿态表示为四元数;然后,提出球面贝塞尔曲线控制顶点的选择方法,并分析了该方法的连续性;最后,利用对球面贝塞尔曲线求导和S型加减速方法给出了插补方法,并考虑了计算的简便性.在六自由度机器人上的实验表明:角速度和旋转轴快速地过渡到下一条指令的状态,具有较好的平滑性.插补过程采用迭代求导方式,具有很好的计算简便性.     

金属陶瓷激光熔覆自理的工艺参数和组织性能优化

通过对金属陶瓷ＷＣ－ＳｉＣ－Ｃｏ在４５＾＃钢表面上进行了激光熔覆实验，讨论了如何从高速激光功率，激光扫描速度和激光束直径来优化熔覆工艺参数和熔覆层组织性能。     

金属陶瓷激光熔覆处理的工艺参数和组织性能优化

通过对金属陶瓷ＷＣ－ＳｉＣ－Ｃｏ在４５＃钢表面上进行了激光熔覆实验．讨论了如何从调整激光功率、激光扫描速度和激光束直径来优化熔覆工艺参数和熔覆层组织性能     

基于复杂移动热源模拟的激光自熔覆试验研究

激光自熔覆是一种利用激光进行特定材料表面强化的工艺，在激光自熔覆系统中，获取移动热源的复杂轨迹点是至关重要的.工程应用中，工件表面的激光自熔覆往往涉及复杂的三维路径，复杂路径所产生的三维坐标点不能使用通常的二维函数来简单表达.本研究通过有限元模拟激光自熔覆工艺过程，先用建模软件根据实验试样建立自熔覆轨迹复杂的三维模型，导入到有限元软件中进行分析，然后针对工业生产中常用的汽车模具材料GGG70L(德标球墨铸铁)建立逼近真实的有限元模型，提出线性插值方法并运用在移动热源子程序中，实现了复杂三维自熔覆轨迹的模拟.采用激光光斑20 mm,激光扫描速率8 mm/s,激光功率2 800 W,将有限元模拟形变量的实验与工程实验进行对比分析，结果表明两者的平均误差约为0.7%,误差范围在实际工程可接受的范围之内，说明有限元模型和模拟结果可靠，可在一定程度上代替工程实验，从而提高激光淬火实验的效率并节省成本.     

高温合金激光熔覆涂层中裂纹防止方法的研究

高温合金激光熔覆铁基合金过程中容易在涂层与基材的结合处形成缺陷和开裂。通过选择合理的涂层合金配方及工艺参数,增设韧性良好的过渡层,并加入2wt/％的稀土氧化物,获得了无裂纹缺陷,显微组织均匀,并具有硬度平缓过渡的优质熔覆层。     

激光熔覆工艺参数对熔覆层高宽比的影响

通过激光熔覆实验,研究激光熔覆工艺参数对熔覆层表面高宽比的影响。实验表明,随激光功率的增大、转盘转速的增大,熔覆层表面的高宽比都增大;随扫描速度的增大,熔覆层表面的高宽比减小;随气压的增大,熔覆层表面的高宽比先提高后降低。     

表面损伤叶轮激光增材再制造研究

为了实现表面损伤叶轮的再制造,提出了叶轮激光熔覆增材再制造流程,并利用激光熔覆技术在叶轮材料试样表面进行Fe基粉末熔覆实验;叶轮再制造流程主要包括设备拆解、清洗、检测、再制造加工、零件测试、装配、喷涂包装等;激光熔覆实验表明粉末与基体产生了良好的冶金结合,组织致密且无未熔化粉末颗粒,熔覆层硬度达到625.7 HV,约为基体材料硬度的1.57倍,屈服强度为641 MPa;激光熔覆再制造叶轮经着色探伤检测和工业CT检测等显示再制造熔覆区域无裂纹、气孔等质量问题,采用去重式平衡,动不平衡量小于标准值750 g.mm,叶轮安装调试一次成功,各项指标满足要求。     

隧道掘进机滚刀涂层的激光熔覆修复实验与仿真研究

隧道施工中，隧道掘进机(TBM)的滚刀磨损严重，对更换下来的滚刀直接做报废处理造成了资源浪费、施工成本增高。针对滚刀磨损的再制造修复策略这一问题，本文开展了激光熔覆仿真及新型涂层激光熔覆实验研究，对提高滚刀的磨损质量进行了相关的探索与实践．首先通过有限元仿真建立了双椭球体热源激光熔覆仿真模型，探究激光熔覆对滚刀基层及熔覆层材料残余应力的影响，并为熔覆实验提供了工艺参数优化的依据；在此基础上，利用相关实验条件，将激光熔覆技术与新型材料石墨烯相结合，开展了滚刀新型涂层的激光熔覆实验．利用正交试验的方法将石墨烯含量、激光功率、扫描速度和送粉盘转速作为试验因素，将表面硬度和耐磨性作为评价依据，分别设置4组不同水平进行比较，从而优选具有更高耐磨性的材料配比与工艺参数．结果表明，石墨烯的加入对涂层的耐磨性具有大幅的提高，与基体材料相比，加入石墨烯的涂层，其磨损程度较传统涂层最大可减少91.32%，较基体材料最大可减少99.86%．本文通过对激光熔覆技术和新型材料石墨烯的研究，采取仿真与实验相结合的手段，为提高TBM滚刀的磨损质量、选择其再制造策略提供了方法指导与数据支持．     

Experimental study of laser direct cladding of Zr02 coating on titanium substrate

采用激光同轴送粉工艺在钛基体上直接熔覆ZrO。陶瓷涂层,研究不同工艺参数对单道熔覆层熔覆质量的影响规律;采用光学显微镜观察陶瓷涂层的微观组织,并采用电子探针技术分析基体和zrO：陶瓷结合区成分分布;利用XRD分析激光熔覆前后zroz陶瓷物相变化情况．结果表明：在一定的功率范围内,熔覆层宽度受激光功率的影响不大,熔覆层高度和基体熔化深度随工艺参数的变化呈现一定的规律性;ZrO。和Ti基体结合区形成很好的成分梯度渐变过渡,陶瓷微观组织为细小的枝状晶组织;激光熔覆ZrOz陶瓷后,单斜相（m相）衍射峰强度相对减弱．     

钛基体激光直接熔覆ZrO 2涂层实验研究

采用激光同轴送粉工艺在钛基体上直接熔覆ZrO2陶瓷涂层,研究不同工艺参数对单道熔覆层熔覆质量的影响规律;采用光学显微镜观察陶瓷涂层的微观组织,并采用电子探针技术分析基体和ZrO2陶瓷结合区成分分布;利用XRD分析激光熔覆前后ZrO2陶瓷物相变化情况.结果表明:在一定的功率范围内,熔覆层宽度受激光功率的影响不大,熔覆层高度和基体熔化深度随工艺参数的变化呈现一定的规律性;ZrO2和Ti基体结合区形成很好的成分梯度渐变过渡,陶瓷微观组织为细小的枝状晶组织;激光熔覆ZrO2陶瓷后,单斜相(m相)衍射峰强度相对减弱.     

激光熔覆系统能耗建模分析方法研究

针对增材制造过程耗能机理复杂和能耗难以预测的问题,开展激光熔覆系统能耗建模分析方法的研究.根据激光熔覆系统的工作原理及能耗特性,将其分为激光发生器系统、冷却系统、机械臂控制柜、送粉系统以及辅助系统等5部分,通过理论分析和实验规律研究得到各部分能耗模型及系统整机能耗模型.最后通过316L不锈钢试件的激光熔覆实验对能耗模型和比能耗进行分析,结果表明,能耗和比能耗的预测结果与实验测量结果误差分别为1.37%和2.17%,从而验证了模型的准确性和有效性.该模型可用于激光熔覆系统能耗预测、工艺路线改善,实现绿色发展等,所提方法也可为其他增材制造技术相关能耗研究提供参考.     

环形激光熔覆工艺参数对显微组织的影响

目前激光熔覆快速成形技术普遍采用圆形、矩形或者线形光斑对熔覆粉末熔化并快速凝固,光斑和粉斑的耦合稳定性比较差。分析环形激光熔覆新工艺中工艺参数对成形零件显微组织的影响,不同工艺参数与熔覆层质量的关系,合理选择实验所得的工艺参数。     

激光冲击钛合金薄壁件动态响应及残余拉应力形成机制

为探究激光冲击薄壁件时残余拉应力的形成机制,利用ABAQUS软件对0.5mm钛合金薄壁件激光冲击条件下的冲击波作用规律和材料动态响应规律展开研究。结果表明,冲击波在薄壁件内反射时交替形成高数值拉伸波和压缩波,在压缩波和拉伸波的耦合作用下应力分布混乱并呈现"多峰"特点,形成了峰值为426 MPa、厚度达0.125mm的拉应力层,且最大残余拉应力位于表面处。基于冲击波反射规律揭示了薄壁件中残余拉应力的形成机制,并通过增加试件厚度以降低反射拉伸波强度发现5mm厚试件内最大残余拉应力仅为70 MPa,且表面处的拉应力转化为了压应力,从而提出了通过导波等方式控制应力波反射强度的薄壁件残余应力调控方法。