激光熔覆

摘要： 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.

摘要： 激光熔覆工艺作为我国新工科教育研究和开发的重要内容,存在试验开展周期长、设备运行费用高、具有现场教学安全隐患等问题。为解决上述问题,开发了一款基于虚拟现实引擎Unity3D的激光熔覆虚拟试验平台,该平台利用Unity3D、SolidWorks、3dsMax、MYSQL数据库、Photon Server服务器等软件实现了从激光熔覆试验对象选择、试验参数制定、熔覆路径规划、试验过程动态模拟、试验样本评价反馈等功能,使激光熔覆的教育教学实现宽口径、大范围、多时空以及智能化的效率提升,为试验教育教学方式和手段的拓展提供借鉴和参考。

摘要： 为了解决水轮机叶片的汽蚀问题,对激光熔覆抗汽蚀涂层技术进行了研究。采用激光熔覆技术在水轮机叶片常用材料0Cr13Ni4Mo不锈钢表面制备Co基抗汽蚀熔覆层,并对熔覆层的微观形貌、组织结构、硬度、抗汽蚀性能等性能进行了系统研究。结果表明:激光熔覆过程会使叶片产生微量的热应力变形,但不会影响叶片的实际使用需求,并且可以通过调节工艺参数将熔覆过程产生的热应力变形控制在更加合理的范围。所制备的Co基抗汽蚀熔覆层与基材呈良好的冶金结合,其显微硬度是基材的1.5倍,相同试验工况下,汽蚀失重量仅为基材的1/3。该技术的应用可以大幅提高清水环境下水轮机叶片抗汽蚀能力,保障机组的安全运行。

摘要： 本工作目的为研究硼铁粉含量对45钢表面激光熔覆AlCoCrFeNi高熵合金涂层组织和性能的影响。利用激光熔覆技术在45钢基材表面制备了不同含量硼铁粉的AlCoCrFeNi高熵合金涂层,对涂层表面形貌、微观组织及截面形貌进行对比分析,并测定硬度及耐磨性。结果显示:添加适量的硼铁粉能够改善AlCoCrFeNi涂层表面质量,细化组织。当添加3%~4%(质量分数,下同)硼铁粉时,涂层表面质量提高;当硼铁粉含量为5%~6%时,涂层成型质量变差,裂纹增加并出现了少量根瘤组织。适量添加硼铁粉的AlCoCrFeNi高熵合金涂层较不加硼铁粉的涂层硬度和耐磨性都有明显提高。当硼铁粉含量为4%时,涂层获得最佳的表面形貌和较优异的显微硬度和耐磨性,涂层表面质量最佳,未出现明显的根瘤和裂纹。

摘要： 为了提高40CrNiMo钢基体的力学性能,采用1000 W光纤激光器在40CrNiMo钢基体表面上制备铁基熔覆层。分别采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、万能试验机、显微硬度计等分析测试手段对涂层进行分析。结果表明:制备的涂层表面平整,基体与熔覆层之间存在明显的过渡区域,结合界面无气孔、裂纹等缺陷,与基体形成了较好的冶金结合。熔覆层显微组织由马氏体和少量的M23C6碳化物组成,基体与熔覆层之间的过渡区域主要以细小的等轴晶为主,熔覆层中部则以柱状晶和少量的树枝晶为主。熔覆层性能优异,相对于基体的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提高了21.4%、22.9%和16.7%,显微硬度为415~450 HV0.2,均优于40CrNiMo钢。

摘要： 在42CrMo基板上激光熔覆单道钴基合金涂层,采用正交试验,探究激光功率、送粉速率、扫描速度、光斑直径等4个工艺参数对熔覆层几何形貌和稀释率的影响规律。结果表明:激光功率和扫描速度对熔覆高度和熔覆宽度影响较大,激光功率和光斑直径对稀释率影响最大。结合稀释率和熔覆高度与熔覆宽度比值综合评价,获得最优工艺参数组合为激光功率1 600 W、扫描速度13 mm/s、送粉速率24 g/min、光斑直径3 mm。

摘要： 在贵阳轨道交通3号线盾构隧道施工中,采用普通刀具易出现滚刀多边形磨损、偏磨、刀刃崩裂等异常磨损和刀圈脱落现象。为改进滚刀刀圈的耐磨、耐冲击性能,提高刀具的综合寿命,提出采用球状碳化钨刀具替换普通刀具,并介绍了激光熔覆焊工艺以及宏观磨损检测工艺。经过施工现场的实际应用,发现球状碳化钨刀具具有更好的耐磨性,新型球状碳化钨刀具平均磨损量为0.00255 mm/延米,相邻普通刀具平均磨损量为0.01655 mm/延米。在第338~736环掘进中,新型球状碳化钨刀具最大磨损量为0.015 mm/延米,刀具无崩刃现象,滚刀轴承、密封等均无异常,有效解决了普通刀具易磨损、磨损不均的问题,为喀斯特地质条件下盾构刀具的选型提供参考。

摘要： 目的针对激光熔覆过程中熔池内部复杂的传热和对流现象,分析激光功率和扫描速度对熔池内部温度场、流场演变和分布的影响。方法采用双椭球热源模型,建立了40Cr轴面基体激光熔覆Ni60粉末过程的三维温度场流场数值模型,并进行试验验证。结果熔覆过程形成了近似椭球体的熔池,最高温度位于移动光斑中心偏后方,达到了2080.4 K;熔池内部金属流体形成了2个方向相反的旋流,熔池表面边缘受马兰戈尼对流的影响流速最大,达到了0.49 m/s。通过对比试验和模拟获得了熔覆层截面最高温度,最高温度最大相对误差为10.1%,数值模型具有较高的准确性。结论扫描速度对熔池存在时间和形状的影响要大于激光功率,激光功率对流场的影响大于扫描速度。研究结果为轴面激光熔覆成形提供相关理论依据。

摘要： 为了解决H13热作模具钢在锻模和热挤压模等领域因发生脱模剂腐蚀而失效的问题,本文通过引入激光熔覆技术来探究Fe基合金粉末对H13钢综合性能的强化效果,并系统研究了扫描速度、搭接率和熔覆层数对涂层的相位组成和显微组织的影响,详细分析了涂层的截面显微硬度和耐腐蚀性能的变化规律。研究表明:涂层主要由α-Fe、γ-Fe、M_(23)C_(6)和M_(7)C_(3)相组成;高的扫描速度下γ-Fe来不及完全转化为α-Fe,但高搭接率的延迟凝固作用促进了γ-Fe的转化;第2涂层减弱的衍射峰是由于少量基体元素的扩散而导致碳化物减少;涂层中主要合金元素Fe与Cr、Si、Mo、C分别在晶粒和晶界中交替增减,归因于Cr、Si、Mo和C等元素向晶界处沉积。相较于基体,涂层的硬度明显提升,提升率分别为197.7%、204.5%、68.2%和145.5%。高的扫描速度对耐腐蚀性影响较小,高的搭接率和多层熔覆对耐腐蚀行为有积极意义。

摘要： 采用激光熔覆技术在TA15钛合金表面原位合成TiC增强钛基涂层。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、能谱分析仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机等研究涂层的成形质量、微观组织、物相组成、硬度和摩擦学性能。结果表明:涂层主要由β-Ti,Co_(3)Ti,CrTi_(4)和TiC等物相组成,涂层与基体形成了良好的冶金结合。涂层结合区组织是平面晶和柱状晶,中部组织是树枝晶,顶部组织是等轴晶。涂层各微区的碳化钛形貌有显著差别,其中顶部和中部区域碳化钛为粗大的树枝状和花瓣状,而结合区为针状和近球状。涂层显微硬度最大值为715HV,约是TA15显微硬度(330HV)的2.1倍;同等条件下涂层磨损量为30.14 mg,约为TA15磨损量98.11 mg的30.7%。涂层与基体的磨损机制均为磨粒磨损和黏着磨损的复合磨损模式,但涂层的磨损程度较轻。

摘要： 结合云南某盐矿公司氯气泵壳体及锥形分配头的修复过程,浅析了锥形分配头的失效原由,并介绍了针对其进行的激光熔覆改性修复工艺方法.此工艺技术具有释稀率低、热影响小、修复工期短;熔覆层冶金结合、耐腐蚀磨损等特点.实践应用证明,该修复工艺在氯气泵壳体及分配头上取得良好的效果,为使用厂家节约了时间及资金成本.

摘要： 激光熔覆镍基复合涂层有助于改善H13模具钢表面性能.利用激光熔覆在H13钢基体上制备了NbC颗粒增强的Ni60合金复合涂层,通过电子扫描显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计及摩擦磨损试验机测试和研究了不同NbC含量(质量分数分别为0％,10％,20％,30％)对复合熔覆层组织和性能的影响.结果表明,激光熔NbC/Ni60复合涂层中物相主要由γ-(Ni,Fe)固溶体、NbC、Ni2Si、CrB、Cr23C6组成;熔覆层以柱状晶和胞晶为主,少量NbC加入可使熔覆层组织细化;NbC含量会显著影响熔覆层组织生成及其形态,NbC质量分数为20％时,大量弥散的NbC颗粒在枝晶间有聚集趋势,NbG含量30％时,熔覆层中生成了大量块状、花瓣状NbC形貌.NbC颗粒具有硬质增强相作用,随着NbC含量的增加,NbC/Ni60复合涂层的显微硬度值明显提高;NbC/Ni60复合涂层具有良好耐磨损性能,在400°C及压力100N、转速100r/min、时间7200s参数条件下NbC含量20％的复合涂层磨损失重量最小,具有良好耐磨性.

摘要： 本文采用高功率激光熔覆工艺方法,在道岔尖轨表面制备了高强韧的铁基激光熔覆层.采用光学显微镜、扫描电子显微镜等观察了熔覆层的组织形貌;采用XRD、EDS等研究了熔覆层的物相组成;采用维氏硬度计、摩擦磨损机测试了熔覆层的性能.结果表明:激光熔覆制备的铁基高强韧涂层,无气孔、裂纹等缺陷,和尖轨形成冶金结合;铁基熔覆层的硬度是道岔尖轨用钢的3倍多,摩擦系数远小于道岔尖轨用钢;同等摩擦条件下,铁基熔覆层的磨损量损量仅为道岔尖轨用钢磨损量的10.54％,抗磨损性能提升约10倍.

摘要： 文章介绍了某损伤转子的修复过程,在汽轮机组带负荷过程中出现轴振异常爬升现象.从故障现象及数据分析排除了动静碰磨的可能,并通过对激光熔覆的技术特点及涡流传感器的工作原理分析,认定为激光熔覆导致了涡流感应磁场的畸变,致使测量信号失真.以瓦振作为振动的主要监测点,机组安全稳定运行,未发生振动故障.

摘要： 铝合金钻杆因其比强度度高、自重轻、耐腐蚀性能好等优点,在超深井、大位移井等勘探领域中备受关注.但由于铝合金钻杆本身硬度较低,钻井过程中加速了铝合金钻杆和套管及地层的磨损,降低了铝合金钻杆的使用寿命.为提高铝合金钻杆的耐磨性能,利用激光熔覆技术在铝合金钻杆表面制备出不同形貌的Ni熔覆层.磨损试验结果表明,网格状熔覆层质量损失和直径减小分别为3.1g,0.2mm,具有最优耐磨性能.金相分析及XRD结果表明,熔覆层的主要成分为Al3Ni2共晶相,由熔覆层向7075铝合金基体方向分布着粗晶区、细晶区和基体.相比较7075铝合金基体,细晶区硬度下降了16.8％,粗晶区硬度下降了33.0％.结合粗晶区和细晶区的金相组织,再结晶和晶粒长大是这两个区域硬度下降的主要原因.

摘要： 为减少熔覆层中气孔缺陷,本文采用在熔覆过程中同时耦合稳态磁场和稳态电场形成定向洛伦兹力的方法,增强激光熔覆熔池的排气能力.本文基于多物理场耦合原理及移动网格法,建立了定向洛伦兹力作用下的熔池模型.采用离散元法模拟熔池内的气泡运动,同时考虑气泡所受流体拖曳力、浮力以及外加洛伦兹力的作用.仿真及实验结果均表明,在相同激光工艺条件下,附加电流密度5×106A/m2,磁场强度0.6T,洛伦兹力向上时,熔池最高流速被抑制62.5％,流体对气泡拖曳能力降低,同时气泡运动方向发生向下偏转,熔覆层中气孔数量明显增多;洛伦兹力向下时,熔池最高流速被抑制25％,但气泡向上"浮力"增大,加速气泡从熔池逸出,得到无气孔的致密熔覆层.

摘要： 通过金相显微镜、电子扫描显微镜结合能谱、X射线衍射仪、显微硬度计及摩擦磨损试验机对H13钢表面激光熔覆的不同NbC含量的NbC/Ni基合金复合熔覆层的组织及性能进行了研究和测试.结果表明,NbC/Ni基合金激光熔覆涂层中物相主要由γ-(Ni,Fe)固溶体、NbC、Ni2Si、Cr23C6组成,NbC颗粒与碳化物Cr23C6为硬质增强相;熔覆层以柱状晶和胞晶为主,少量NbC加入可使熔覆层组织细化;NbC含量的增加提高了熔覆层显微硬度值;NbC/Ni60复合涂层具有较好耐磨损性能.在400°C及压力100N、转速100r/min、时间7200s参数条件下NbC含量20％的复合涂层磨损失重量最小,具有良好耐磨性.

摘要： 本文采用cBN砂轮对激光熔覆Cr3C2/Ni复合涂层进行磨削实验,研究不同磨削参数、不同含量及粒度的Cr3C2对Cr3C2/Ni激光熔覆涂层磨削表面质量的影响规律,探究其磨削表面缺陷形成的机理.

摘要： 采用大光斑半导体激光器在Q235钢表面熔覆Ni60粉末,在保持其他工艺参数不变的情况下,分别研究激光功率、熔覆速度对熔覆层熔宽、熔深、余高、稀释率的影响,并用高速摄像记录熔覆过程.运用高速摄像图,结合熔池流动理论(marongoni流)来分析工艺参数对熔覆层成型的影响.结果表明,随激光功率提高,熔深、熔宽及稀释率均增大,余高的变化趋势不明显;随扫描速度的增加,熔高变化不大,熔深和熔宽都减小,稀释率逐渐减小.

摘要： 纳米颗粒的显著特点是含有大量晶界或其他界面,从而表现出优于粗晶粒的强度和硬度.然而,大量纳米颗粒的聚集容易出现塑性和韧性的显著降低.通过对分散性纳米结构的构筑可以有效克服纳米结构性能缺点的同时发挥其性能优势.以不同摩尔比的Ti粉末和纳米TiB2粉末混合物作为熔覆材料.利用激光熔覆技术在钛合金表面制备分散性纳米TiB2/TiB颗粒增强钛基复合涂层.结果表明,仅采用纳米TiB2作为熔覆材料,原位合成的TiB纤维的长径比在10-15倍之间,但TiB2颗粒团聚严重.而随着Ti粉末的不断添加,TiB2颗粒团聚减轻,分布更均匀,可获得分散性的纳米TiB2结构,但TiB纤维的长径比与数量都减少.结合激光熔覆特点与组织演变规律,探讨了纳米TiB2/TiB涂层的团聚机理.

摘要： 激光超高速熔覆头、超高速熔覆系统及熔覆方法。本发明涉及的激光超高速熔覆头包括支架壳体、设置在支架壳体内的分光镜和反射聚焦组件、以及设置在支架壳体上且用以输送粉末的喷嘴，分光镜将激光光束转化为反射光束，反射聚焦组件将反射光束反射聚焦形成正投影呈中空环形方式排布的熔覆光束，熔覆光束在基材的上方聚焦形成焦点，喷嘴位于熔覆光束内，喷嘴设置有用以输出粉末的送粉管，送粉管的外围设置有用以输送保护气体且环形排布的若干准直气孔，送粉管到每个准直气孔的距离相等，保证了粉末良好的集中性，提高了粉末利用率，熔覆光束、送粉管和若干准直气孔形成的圆三者同轴设置，激光光束的扫描速度为24～72m/min，提高熔覆速率和良品率，得到的熔覆层致密、精度高、稀释率低、以及表面光洁度好。

摘要： 本发明涉及的激光超高速熔覆头，用以在基材上熔覆粉末，包括支架壳体、设置在支架壳体内的分光镜和反射聚焦组件、以及设置在支架壳体上且用以输送粉末的喷嘴，分光镜将激光光束转化为反射光束，反射聚焦组件将反射光束反射聚焦形成正投影呈中空环形方式排布的熔覆光束，熔覆光束在基材的上方聚焦形成焦点，喷嘴位于中空环形光束内，激光光束的扫描速度为9～72m/min。利用高速移动的熔覆光束将粉末在基材之上熔融，并在基材表面快速凝固形成熔覆层，极大提高熔覆速率和良品率高，得到的熔覆层致密、稀释率低、以及表面光洁度好。

摘要： 本发明提供了一种激光熔覆喷嘴、激光熔覆装置及激光覆熔方法，涉及激光熔覆技术领域。激光熔覆喷嘴包括喷嘴外套、喷嘴芯和保护罩，喷嘴外套外套于喷嘴芯，保护罩外套于喷嘴外套，喷嘴外套与喷嘴芯之间设置有送粉通道，保护罩包括内层、中间层和外层，内层、中间层和外层由内向外依次分布，内层与中间层之间形成第一腔体，中间层与外层之间形成第二腔体，外层上设置有与第二腔体连通的第一进液口和第一出液口，外层上还设置有与第一腔体连通的第一进气口，内层上设置有与第一腔体连通的第一出气口。本发明提供的激光熔覆喷嘴、激光熔覆装置及激光覆熔方法具有惰性气体保护和自冷却功能，能够较好地满足激光熔覆工艺要求，提升激光熔覆质量。

摘要： 本发明涉及激光增材制造技术领域，具体而言涉及激光熔覆加工头用保护镜模块、用于激光增材的激光熔覆加工头以及保护镜更换方法，包括：保护镜上盖，沿激光光路方向，从保护镜上盖第一端向内部构造出第二环形台阶和第一环形台阶，从保护镜上盖第二端向内构造出抽屉腔，且所述抽屉腔延伸至所述保护镜上盖的侧壁；本发明保护镜抽屉与保护镜上盖之间通过导向杆以及导向槽配合的方式完成两者之间的相对位置固定，且保护镜本身与保护镜抽屉采用卡合压盖的方式固定，整个保护镜更换时不需使用工具，也不需要解除手套箱的惰性保护气氛围，在手套箱内佩戴手套即可完成更换，以提高增材加工的连续性。

摘要： 本发明涉及激光熔覆技术领域，针对现有激光熔覆对待加工工件基体预热的方法无法实现实时在线热处理以及预热的热输入量高，导致变形和性能退化等问题，提供一种激光熔覆方法、实现该方法的激光头、激光器及熔覆系统。其中，激光熔覆方法包括以下步骤：步骤1、将激光器的出射激光分为预热激光、熔覆激光和后处理激光；步骤2、使预热激光照射待加工工件，对其进行预热处理；步骤3、使熔覆激光照射在已被预热的待加工工件上形成熔池，同时将合金粉末吹入熔覆激光在待加工工件的表面形成的熔池内；步骤4、使后处理激光照射在熔覆后的熔覆层上，对熔覆层进行退火后处理。

摘要： 本发明涉及的一种光内同轴送球激光熔覆头，用以在基材上熔覆被熔覆材料，其包括支架壳体、设置在支架壳体内的反射聚焦组镜和设置在支架壳体上且用以输送被熔覆材料的喷嘴，反射聚焦组镜将激光光束聚焦反射以形成熔覆光束，熔覆光束在基材的上方形成熔覆点，喷嘴位于熔覆光束内，被熔覆材料为焊球。由于光内同轴送球激光熔覆头的被熔覆材料为焊球，相对粉状的被熔覆材料，焊球利用率高；熔覆光束在基材的上方形成熔覆点，减小了基材对熔覆光束能量的吸收，使熔覆光束能量利用率高，故，结构简单的光内同轴送球激光熔覆头对基材激光熔覆的良品率高。

摘要： 本实用新型公开一种激光熔覆喷嘴、激光熔覆头和激光熔覆设备，涉及增材制造技术领域，以解决激光熔覆喷嘴的使用成本和工件激光熔覆的成本高的问题。所述激光熔覆喷嘴包括喷嘴本体，贯穿喷嘴本体开设的激光通道和送粉通道。在激光通道和送粉通道均具有中心轴线的情况下，激光通道所具有的中心轴线与送粉通道所具有的中心轴线在工件所具有的熔覆区域相交。激光熔覆喷嘴还包括防护管，防护管可拆卸的设置在送粉通道内，防护管用于输送粉末。本实用新型还提供一种激光熔覆头。该激光熔覆头包括激光发射单元、送粉管和上述技术方案所述的激光熔覆喷嘴。本实用新型还提供一种激光熔覆设备，包括上述技术方案所述的激光熔覆头。

摘要： 本实用新型提供一种激光熔覆装置密封结构，包括：支撑座及支座盖，所述支座盖为中空圆柱形筒体，所述支座盖与支撑座为互相配合结构，所述支座盖上设置有开口，所述支撑座设置有光出口，其还包括设置于支座盖与支撑座上的上密封垫片及下密封垫片通过设置上密封垫片及下密封垫片，使得导丝管可以直接穿过密封结构，同时下密封垫片上设置有柱状通孔的固定部，通过调节螺栓在柱状通孔内的位置，从而调节导丝管的角度，提供一种尽可能减小丝材与导丝管接触面的送丝通道，使得激光熔覆装置对待熔覆物件的处理更加均匀。还提供一种激光熔覆装置喷头结构及激光熔覆装置。

摘要： 本实用新型公开一种激光熔覆头熔覆焦距确定装置和激光熔覆头，涉及激光熔覆技术领域，便于确定熔覆焦距，提升工作效率。激光熔覆头熔覆焦距确定装置包括安装架、支撑板、承载板和激光器，安装架用于设置于激光熔覆头上。支撑板设置于安装架，支撑板与安装架之间具有夹角α，夹角α可调。承载板设置于支撑板远离安装架的一面。激光器设置于承载板，激光器发射的辅助激光与激光熔覆头发射的熔覆激光相交形成交点，交点与激光熔覆头之间的距离为熔覆焦距。激光熔覆头包括喷嘴、熔覆激光发射器和上述的激光熔覆头熔覆焦距确定装置，其中，喷嘴用于输送并在工件上集聚粉末。激光熔覆头熔覆焦距确定装置设置于喷嘴，熔覆激光发射器用于发射熔覆激光。

摘要： 本实用新型涉及激光熔覆技术领域，针对现有激光熔覆对待加工工件基体预热的方法无法实现实时在线热处理以及预热的热输入量高，导致变形和性能退化等问题，提供一种激光熔覆激光头、激光器及熔覆系统。其中，激光熔覆激光头包括沿出射激光的出射方向依次设置的第一分束镜、第二分束镜和反射镜；第一分束镜用于将出射激光分为第一透射激光和第一反射预热激光；第二分束镜用于将第一透射激光分为第二透射后处理激光和第二反射熔覆激光；反射镜用于改变第二透射后处理激光的方向；第一反射预热激光、第二反射熔覆激光和第二透射后处理激光依次照射在待加工工件上。