基于不同光斑激光熔覆的数值模拟及试验研究

来源 :浙江工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dartal_1999
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激光熔覆是通过高能激光束加热熔覆材料和基体表面使材料快速熔化与凝固的过程。光斑形状直接决定了热源能量在空间及时间上的输入形式,是熔覆层形状以及内部温度场分布的主导因素。本课题从光斑形状(矩形和圆形)角度出发,建立了基于生死单元技术的激光熔覆热传导模型,利用激光熔覆在45钢基体表面上制备S1L合金涂层,研究不同光斑形状下,激光工艺参数对熔覆层几何形貌、温度场的影响规律;讨论了光斑形状与涂层结合区特征、粉末利用率、稀释率的关系,主要内容有:(1)研究不同工艺参数下温度场的分布规律。当扫描速度和光斑尺寸不变时,激光功率与温度成正比关系。当激光功率和光斑尺寸不变时,扫描速度与温度呈反比关系。当激光功率和扫描速度不变时,光斑尺寸与温度成反比关系。(2)研究两种光斑激光功率、扫描速度及送粉速率三个参数对熔覆层形貌的影响,得出了它们熔覆层高度和宽度随之变化规律。两种光斑形状激光熔覆在工艺参数的一定的取值范围内,熔覆层高度随着激光功率与送粉速率的增加而增大,随着扫描速度的增加而减小。熔覆层宽度随着激光功率的增加而增加,随着扫描速度和送粉速率的增加而减小。(3)研究不同光斑对涂层与基体结合区形貌的影响规律。试验结果表明,光斑尺寸主要决定熔覆层的宽度大小,且呈正相关;而光斑形状主要决定基体结合界面的特征。矩形光斑熔覆时,涂层与基体结合界面是一条平直线的白亮带;圆形光斑熔覆时,涂层与基体结合界面是一条圆弧状的白亮带。(4)研究不同光斑的稀释率与工艺参数的关系。当光斑尺寸与其它工艺参数不变时,稀释率和激光功率、扫描速度成正增长关系,且圆形光斑对激光功率较敏感,而矩形光斑对扫描速度较敏感;两种稀释率与送粉速率呈负增长关系。激光熔覆获得了在同种工艺条件下光斑形状对激光能量的利用、粉末利用率的影响规律;探究光斑形状单道激光熔覆和大面积熔覆时,熔池温度的影响规律,为以后研究光斑形状对熔覆层质量的影响提供了新依据。
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