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三光束光内同轴送丝激光熔覆成形新方法研究

论文摘要

目的研究"三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法以及单向、多向单道熔覆成形效果。方法采用光线追迹法分析了三光束光斑几何特性,运用TracePro分析了光斑能量分布。利用研制的三光束光内送丝装置进行了单向以及多向单道熔覆实验,对其展开成形表面质量以及单道熔覆层的组织和硬度分析。结果 "三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法可以将原始圆形激光束整形为周向均匀分布的三个扇形光斑,三个光斑光通量均沿着z轴方向呈"尖顶状"分布,丝材能够被三个光斑均匀包裹。基材和丝材采用不锈钢304材料,丝材线径为0.8 mm,负离焦量为2.5 mm,激光功率为1500 W,扫描速度为3.5 mm/s,送丝速度为20.5 mm/s,展开单向和多向单道熔覆成形测试,丝材熔化充分,熔覆层表面均匀平滑。熔覆层形貌和质量基本不受扫描方向的影响。单道熔覆层和基体结合良好,组织整体比较细密,无气孔和裂纹等缺陷,熔覆层底部到顶部晶粒形态主要为树枝晶、柱状晶、胞状晶和树枝晶,熔覆层组织为铁素体δ和奥氏体γ,凝固模式为FA模式,熔覆层底部到顶部铁素体δ的主要形态为板条状铁素体、蠕虫状铁素体、骨架状铁素体和板条状铁素体。熔覆层的平均硬度(228HV)明显高于基材硬度,熔覆层底部到顶部的硬度过渡平稳,不存在明显软化区,组织整体比较细小致密,晶粒分布均匀。结论 "三光束光内同轴送丝"激光熔覆新方法可以实现光、丝耦合,基材和丝材采用不锈钢304材料,选择合理的工艺参数,可以获得理想的单向以及多向单道熔覆成形效果。

论文目录

  • 1 三光束光内同轴送丝激光熔覆装置研制
  •   1.1 工作原理
  •   1.2 光斑几何特征分析
  •     1.2.1 抛物线方程推导
  •     1.2.2 光路追迹
  •     1.2.3 光斑的形状尺寸
  •   1.3 光斑光能分析
  •   1.4 三光束激光熔覆装置
  •     1.4.1 熔覆实验装置
  •     1.4.2 光斑尺寸以及光丝耦合
  • 2 熔覆实验与结果分析
  •   2.1 实验方案
  •     2.1.1 实验材料
  •     2.1.2 实验方法
  •   2.2 单向和多向单道熔覆
  •   2.3 单道熔覆层组织和硬度分析
  •     2.3.1 显微组织分析
  •     2.3.2 硬度分析
  • 3 结论

    • 文章来源

    类型: 期刊论文

    作者: 吉绍山,刘凡,傅戈雁,石世宏

    关键词: 激光熔覆,三光束,光内送丝,光线追迹,光斑光能,成形测试

    来源: 表面技术 2019年04期

    年度: 2019

    分类: 工程科技Ⅰ辑

    专业: 金属学及金属工艺

    单位: 苏州大学机电工程学院

    基金: 国家重点研发计划课题(2016YFB1100304),国家自然科学基金青年项目(51701134),国家自然科学基金(61475107)~~

    分类号: TG174.4

    DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.04.040

    页码: 285-293

    总页数: 9

    文件大小: 2139K

    下载量: 213

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    本文来源: https://www.lunwen66.cn/article/3c928f89b94c3ad8dc909cbe.html