一、工藝參數(shù)影響的研究

熔覆過(guò)程直接決定了再制造成形質(zhì)量，是激光熔覆技術(shù)規(guī)模化產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的核心因素。結(jié)合激光熔覆再制造在礦山液壓支架立柱中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)再制造成品的質(zhì)量控制一般涉及熔覆表面的宏觀質(zhì)量(無(wú)裂紋、砂眼等缺陷)、成形厚度、表面硬度分布等。影響激光熔覆成形質(zhì)量的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是激光功率、焦距、掃描線速度、重疊率和送粉率，其中重疊率與步距設(shè)置有關(guān)，送粉率與熔覆厚度直接相關(guān)，熔覆的有效熱輸入是這些參數(shù)綜合的結(jié)果。

自激光熔覆技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用以來(lái)，研究人員對(duì)各種參數(shù)對(duì)性能和機(jī)理的影響做了大量的研究，可以全面涵蓋激光熔覆技術(shù)應(yīng)用中的關(guān)鍵影響因素和機(jī)理。通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外激光熔覆技術(shù)的研究現(xiàn)狀，指出熔覆參數(shù)的類型包括工藝參數(shù)、工藝參數(shù)和質(zhì)量參數(shù)。

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按照這種分類方法，激光熔覆的再制造參數(shù)可以從激光光源、機(jī)床、待熔覆零件基體、粉末和送粉系統(tǒng)等方面細(xì)分為:

1、激光功率、焦距(光源)和光斑規(guī)格。

2、機(jī)床精度、轉(zhuǎn)速、熔覆的步進(jìn)控制(機(jī)床)。

3、零件的形狀、尺寸和材料特性(零件矩陣)。

4、粉末成分、功能和物理性質(zhì)(粒度分布、流動(dòng)性、堆積密度、氧含量)。

5、送粉率。

6、保護(hù)氣流大小。

這些參數(shù)的配合效果首先直接關(guān)系到熔覆產(chǎn)品的質(zhì)量，熔覆層最直觀的宏觀表征如氣孔、砂眼、裂紋，其次是熔覆尺寸、可測(cè)量的表面硬度、粗糙度和機(jī)械加工后的耐蝕性，以及稀釋率、結(jié)合狀況、內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)和缺陷、截面硬度、熱影響區(qū)大小等。通過(guò)取樣檢測(cè)包覆層。

技術(shù)人員以材料類型、熔覆功率和熔覆掃描速度為影響因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，研究對(duì)結(jié)合強(qiáng)度的影響。發(fā)現(xiàn)：

1、合金粉的種類對(duì)結(jié)合強(qiáng)度的影響最大

2、掃描速度，最小的是激光輸出功率

45鋼基體表面的激光熔覆層與基體的結(jié)合強(qiáng)度大于基體的應(yīng)力強(qiáng)度。鎳基熔覆層的剪切強(qiáng)度是母材的2到3倍，鐵基熔覆層的剪切強(qiáng)度是母材的5倍以上。使用不同能量密度的高功率激光進(jìn)行熔覆試驗(yàn)，并通過(guò)中性鹽霧試驗(yàn)檢驗(yàn)其耐蝕性。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，能量密度越高，熔覆層微觀組織差異越大，耐蝕性越差。不同功率密度下，熔覆層中Cr的平均含量無(wú)明顯差異，但隨著激光熔覆能量密度的增加，Cr的分布變得更加不均勻，熔覆層的平均硬度越高，耐蝕性越差。

二、數(shù)值模擬技術(shù)

先進(jìn)制造技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)是工藝設(shè)計(jì)從經(jīng)驗(yàn)判斷轉(zhuǎn)向定量分析。將數(shù)值模擬與人工智能技術(shù)相結(jié)合，可以用科學(xué)模擬代替大量的基本驗(yàn)證過(guò)程，不僅省時(shí)省力，而且解決了一些實(shí)際操作中難以進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。不可否認(rèn)，激光熔覆工藝參數(shù)的協(xié)同過(guò)程極其復(fù)雜，具有復(fù)雜的物理變化、化學(xué)變化和動(dòng)態(tài)熱處理特征。定量檢測(cè)和分析熔池的瞬態(tài)溫度場(chǎng)和成形應(yīng)力場(chǎng)是很困難的。近年來(lái)，許多研究人員將計(jì)算機(jī)模擬應(yīng)用于激光熔覆研究，大大簡(jiǎn)化了工藝驗(yàn)證過(guò)程，提高了創(chuàng)新技術(shù)的開(kāi)發(fā)效率。分析了不同激光功率下的溫度場(chǎng)，得到了距離熔覆層表面1mm處的溫度-時(shí)間曲線，減少了實(shí)驗(yàn)量。

三、多技術(shù)研究

為了提高激光熔覆的成形質(zhì)量，熔覆前預(yù)熱、熔覆后熱處理以及各種加工技術(shù)的耦合得到了廣泛的研究和應(yīng)用。激光熔覆后熱處理能有效降低涂層的殘余應(yīng)力，提高涂層的力學(xué)性能。激光重熔利用激光作為熱源快速熔化金屬材料表面，然后自身快速冷卻，在基體組織上獲得重晶格層和淬火層的雙層硬化結(jié)構(gòu)。重新熔化的液相有助于組分的均勻滲透和擴(kuò)散。研究人員發(fā)現(xiàn)激光重熔如同熔化焊接，顯微組織接近連續(xù)鑄造。枝晶骨架的生長(zhǎng)受到限制，晶粒尺寸減小到原來(lái)的1/10左右，枝晶從基部到頂部逐漸等軸化。指出形核速率、溫度梯度和凝固時(shí)間對(duì)晶粒尺寸和晶粒生長(zhǎng)方向起決定性作用。

審核編輯?黃昊宇