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工艺参数对激光熔覆层影响的研究

陈川川  
【摘要】:激光熔覆作为表面改性和快速成型的一种重要方法,具有生产效率较高,制造成本低,热影响区很小、加工表面十分光洁、无污染、无噪声等优点,广泛应用于汽车模具的强化与修复、激光快速制造和生物医学制造等领域。但是,激光熔覆层表面几何特征及其表面熔覆层缺陷问题是阻碍激光熔覆发展的障碍。众所周知,激光熔覆表面形貌直接决定着熔覆层的性能,而熔覆层的宽度和高度对于熔覆层表面几何特征及其缺陷具有非常重要的意义。 本文利用半导体激光器在QT600-3球墨铸铁表面熔覆铁基合金粉末Fe55。分析了常见的裂纹、气孔、熔覆层氧化和畸形熔覆、凹陷等熔覆缺陷的原因,并提出了相应的措施和方法来减少缺陷。探究不同的工艺参数对熔覆层的宽度和高度的影响。研究结果表明: (1)激光功率、扫描速度、送粉速度、离焦量等工艺参数对熔覆表面形貌的影响作用较大。随着激光功率的增加,熔覆层高度增加的幅度较小,而熔覆层的宽度增加幅度增大。在激光功率和送粉速度及光斑大小一致的情况下,熔覆层的高度随着激光扫描速度的增加而明显减小;在有效光斑直径范围内,离焦量对熔覆层宽度和高度的影响较小。 (2)为了探究交互影响的作用下不同的工艺参数对熔覆层的宽度和高度的影响程度,对试验数据进行正交试验方差处理。结果表明在激光熔覆的试验中,激光功率和送粉速度是影响熔覆层宽度的主要因素。送粉速度和扫描速度是影响激光熔覆层的高度的主要因素。在激光功率、扫描速度、送粉速度、离焦量的交互作用下选择较优的工艺参数,激光功率为2400W、送粉电压为40V、离焦量为12mm、扫描速度为150mm/min时能够得到所需宽度和高度的熔覆层,熔覆层与基体之间实现了良好的冶金结合,无裂纹、气孔的缺陷。


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