激光熔覆再制造技术的研究现状及其影响因素

  一、工艺参数影响的研究

  熔覆过程直接决定了再制造成形质量，是激光熔覆技术规模化产业化应用的因素。结合激光熔覆再制造在矿山液压支架立柱中的应用经验，发现再制造成品的质量控制一般涉及熔覆表面的宏观质量(无裂纹、砂眼等缺陷)、成形厚度、表面硬度分布等。影响激光熔覆成形质量的几个关键参数是激光功率、焦距、扫描线速度、重叠率和送粉率，其中重叠率与步距设置有关，送粉率与熔覆厚度直接相关，熔覆的有效热输入是这些参数综合的结果。

  自激光熔覆技术工业化应用以来，研究人员对各种参数对性能和机理的影响做了大量的研究，可以涵盖激光熔覆技术应用中的关键影响因素和机理。通过分析国内外激光熔覆技术的研究现状，指出熔覆参数的类型包括工艺参数、工艺参数和质量参数。

  按照这种分类方法，激光熔覆的再制造参数可以从激光光源、机床、待熔覆零件基体、粉末和送粉系统等方面细分为:

  1、激光功率、焦距(光源)和光斑规格。

  2、机床精度、转速、熔覆的步进控制(机床)。

  3、零件的形状、尺寸和材料特性(零件矩阵)。

  4、粉末成分、功能和物理性质(粒度分布、流动性、堆积密度、氧含量)。

  5、送粉率。

  6、保护气流大小。

  这些参数的配合效果首先直接关系到熔覆产品的质量，熔覆层直观的宏观表征如气孔、砂眼、裂纹，其次是熔覆尺寸、可测量的表面硬度、粗糙度和机械加工后的耐蚀性，以及稀释率、结合状况、内部组织结构和缺陷、截面硬度、热影响区大小等。通过取样检测包覆层。

  技术人员以材料类型、熔覆功率和熔覆扫描速度为影响因素进行正交试验，研究对结合强度的影响。发现：

  1、合金粉的种类对结合强度的影响大

  2、扫描速度，小的是激光输出功率

  45钢基体表面的激光熔覆层与基体的结合强度大于基体的应力强度。镍基熔覆层的剪切强度是母材的2到3倍，铁基熔覆层的剪切强度是母材的5倍以上。使用不同能量密度的高功率激光进行熔覆试验，并通过中性盐雾试验检验其耐蚀性。经分析发现，能量密度越高，熔覆层微观组织差异越大，耐蚀性越差。不同功率密度下，熔覆层中Cr的平均含量无明显差异，但随着激光熔覆能量密度的增加，Cr的分布变得更加不均匀，熔覆层的平均硬度越高，耐蚀性越差。

  二、数值模拟技术

  ***制造技术的一个重要发展趋势是工艺设计从经验判断转向定量分析。将数值模拟与人工智能技术相结合，可以用科学模拟代替大量的基本验证过程，不仅省时省力，而且解决了一些实际操作中难以进行的实验内容。不可否认，激光熔覆工艺参数的协同过程极其复杂，具有复杂的物理变化、化学变化和动态热处理特征。定量检测和分析熔池的瞬态温度场和成形应力场是很困难的。近年来，许多研究人员将计算机模拟应用于激光熔覆研究，大大简化了工艺验证过程，提高了创新技术的开发效率。分析了不同激光功率下的温度场，得到了距离熔覆层表面1mm处的温度-时间曲线，减少了实验量。