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激光再制造双料斗载气式送粉器的试验研究

冯立伟  
【摘要】: 当前,以激光熔敷为基础的激光再制造技术已日臻成熟,在开展重大工程装备修复方面,产生了显著的经济效益和社会效益。送粉器作为激光再制造系统的重要组成部分,其关键的技术要求是能保证定量、稳定、均匀的送粉,所以送粉器的性能对熔敷层质量有很大的影响。 随着纳米材料的发展,多种微纳米级的超细粉末材料用于激光熔敷,它们可以显著地细化组织、减小应力,提高材料的强度、硬度和耐腐蚀性能。但超细粉颗粒尺寸极小,容易形成团聚体,不能用常规送粉器输送。在实际生产中,为避免形成团聚体,常先把超细粉末按一定比例与普通粉末混合,然后用常规送粉器将混合后的粉末送入激光熔池,采用这种人工混合方法,不仅混合粉末的均匀性得不到保证,而且易出现堵塞、挤压等现象,熔敷质量得不到很好的保证。因此,有必要研制一种新型的送粉器,重点解决混合送粉和超细送粉的难题。 设计新型的送粉器,需重点解决两个问题:超细送粉和混合送粉。为解决超细粉末输送问题,我们提出了一种超细粉末雾化机制。雾化后的超细粉末粒子间距大大增加,分子间作用力大大减小,基本避免了团聚现象。混粉装置是为解决粉末混合问题而设计的,在其内部超细粉末与普通粉末得到充分均匀的混合,最后从出粉口输出。 根据以上原理,在鼓轮式送粉器的基础上,设计并制作了一台双料斗载气式送粉器,该送粉器由送粉部分、气路部分、控制部分及装置柜等组成,可以进行一种粉末(包括超细粉末)的单独送粉,也可进行两种粉末的混合送粉。为检验该送粉器的性能,进行了气动送粉试验和激光熔敷试验,对获得的试验数据进行了分析,结果表明:该送粉器对粉末的输送具有良好的稳定性;送粉速率主要由粉轮转速决定;载气量对送粉速率的影响很小,试验范围为3L/min~8L/min;具有较强的远距离送粉能力,试验距离达25米;在熔敷试验中,各种工艺参数如激光功率、离焦量、扫描速率、送粉速率、载气量等对熔敷层质量有很大的影响,适当选取参数组合能获得优良的熔敷效果;测试了粉末利用率,达62%。 双料斗载气式送粉器基本解决了超细送粉和混合送粉问题,具有优良的实用性能,能够满足工业生产的需要。


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