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首页光内送粉激光宽带熔覆工艺:实现精准与均匀
"宽带激光内送粉熔覆工艺研究" 激光技术是现代制造业中不可或缺的一部分,尤其是在表面处理领域,如强化、修复和改性。宽带激光熔覆作为一种高效的技术,通过较少的搭接次数就能实现高质量的熔覆层,提高工作效率。然而,传统的激光熔覆过程中存在送粉不精确、粉末受热不均匀以及光粉同轴耦合精度低等问题,影响了熔覆效果和效率。 本文提出的光内送粉激光宽带熔覆工艺,旨在解决上述问题。这种创新的方法将粉末直接送入激光束内部,确保粉末均匀、垂直地送至熔池表面,从而提高了熔覆的精度和一致性。通过数值模拟和实验验证,该工艺能够在不同工件几何形状(如水平面和30°斜壁)上进行有效应用。 在水平和30°斜壁上的单道堆积熔覆实验结果显示,尽管存在重力作用,但对斜壁熔池的影响并不显著。实验成功地获得了熔层高度均匀的直壁墙。对于熔层组织的分析,发现二次重熔区的组织相对粗大,而非搭接区则由较多的树枝晶组成。这两者的显微硬度波动值约为90HV0.5,表明熔层整体的硬度和均匀性都得到了良好控制。 这项研究不仅提升了熔覆层的质量,而且对熔覆工艺的优化具有重要意义。通过光内送粉,可以更精确地控制粉末的分布和加热过程,减少粉末与空气接触导致的氧化,从而改善熔覆层的致密度和性能。此外,这一方法还可能拓展到其他复杂的工件表面处理,为激光熔覆技术的应用开辟新的可能。 光内送粉激光宽带熔覆工艺的提出,是对传统熔覆技术的一次重要改进,它有望在实际工业生产中实现更高效、更高质量的熔覆效果。同时,这项研究也为后续的工艺优化和理论探索提供了扎实的基础,推动了激光熔覆技术的发展。
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第 42 卷 第 11 期
2015 年 11 月
Vol. 42, No. 11
November, 2015
中 国 激 光
CHINESE JOURNAL OF LASERS
1103001-
宽带激光内送粉熔覆工艺研究
雷定中
1
石世宏
1*
傅戈雁
1
贾 帅
1
石 拓
2
1
苏州大学机电工程学院, 江苏 苏州 215021
2
苏州天弘激光股份有限公司, 江苏 苏州 215021
摘要 激光宽带熔覆技术广泛应用于大型工件表面的强化、修复和改性,较少的搭接次数使其更容易获得表面质量
较好的熔覆层和较高的熔覆效率。针对现有激光宽带熔覆中光外送粉不精准、金属粉末受热不均匀和光粉同轴耦
合精度不高等问题,本文提出了一种光内送粉激光宽带熔覆工艺及方法,实现了在宽带激光束内部均匀,准确地垂
直于熔池表面送粉。在水平和 30°斜壁上分别进行单道堆积熔覆实验。结果表明,重力对斜壁熔池影响不明显,两
组实验均获得了熔层高度较为均匀的直壁 墙。对熔层组织分析可知,二次重熔 区组织较为 粗大,非搭接 区组织由
较多的树枝晶组成,二者显微硬度波动值约为 90HV
0.5
,熔层组织整体较为均匀、致密。
关键词 激光技术; 宽带激光熔覆; 光内送粉; 数值模拟; 斜壁堆积
中图分类号 TG665 文献标识码 A
doi: 10.3788/CJL201542.1103001
Research of Hollow Broadband Laser Cladding Method
Lei Dingzhong
1
Shi Shihong
1*
Fu Geyan
1
Jia Shuai
1
Shi Tuo
2
1
School of Mechanical and Electric Engineering, Soochow University, Suzhou, Jiangsu 215021, China
2
Suzhou Tianhong Laser Co., LTD, Suzhou, Jiangsu 215021, China
Abstract Broadband laser cladding technology is widely used in the reinforcement, repair and modification of
large surface, and less lap times make it easier to get better quality and the higher efficiency. In order to solve the
problems of uneven heating of metal powder and low coaxial coupling accuracy in the current broadband laser
cladding, an inside-laser powder feeding broadband laser cladding method has been designed, which can realize
uniform powder feeding and exactly perpendicular to the surface of molten pool inside the laser. Two cladding
accumulation experiments have been done on the horizontal and 30° inclined walls, and both of them achieve
straight wall with uniform height of melt layer. The results show that molten pool is not sensitive to gravity. The
microstructure analysis of molten layer shows that the microstructure in secondary remelting zone is relatively
coarse, and the microstructure in non- overlapping zone is composed of more dendrites. The microhardness
fluctuation of them is about 90HV
0.5
. The microstructure of the cladding layer is relatively uniform and densification.
Key words laser technique; broadband laser cladding; inside- laser powder feeding; numerical simulation;
forming on the inclined wall
OCIS codes 140.3390; 220.4610; 350.3390; 220.4880; 120.4610
收稿日期: 2015-04-20; 收到修改稿日期: 2015-06-09
基金项目: 国家自然科学基金(61475107,50975187)
作者简介: 雷定中(1988—),男,硕士研究生,主要从事激光特种加工方面的研究。E-mail: LeiDZ870924@163.com
导师简介: 石世宏(1956—),男,博士,教授,博士生导师,主要从事激光加工与激光快速制造方面的研究。
E-mail: Shishihong@suda.edu.cn(通信联系人)
1 引 言
激光宽带熔覆主 要包括宽带光斑变换 、宽带粉束整形和 宽斑光粉耦合等几项 技术,其中难度最 大且最
关键的当属宽斑光粉耦合技术
[1-4]
。国内外现有激光宽带熔覆装置均采用光外送粉喷头
[5-7]
,送粉喷头位于宽
带激光束的单侧或双侧,熔覆时粉斑和光斑需聚焦于同一平面方可实现激光送粉熔覆。其粉束的会聚和调
节比较困难,光束、粉束和基面的任一方误差都将影响光粉耦合的精度,结果造成熔层厚度的波动。
1
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