针对高强度要求的激光堆焊修复工艺的研究

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激光堆焊是利用堆焊原理在基体上堆覆一定厚度的、具有特殊性能的堆焊材料的工艺过程,近年来成为国内外学者研究的热点。目前,大型高强度材料在工业上的应用主要集中在长时间、重载荷、腐蚀性较强的工作环境中,其表面容易产生裂纹、磨损或疲劳失效。采用激光堆焊工艺对其进行修复,可以延长零件的使用寿命,节省设备换新成本,提高生产效率。目前,国内外针对具有高强度要求的材料的激光堆焊修复工艺的研究较少。因此,本文针对恶劣工况下长期承受交变载荷的高强度材料的特点,对其激光堆焊修复工艺进行了研究。首先,采用有限元方法建立了参数化激光堆焊数值模型,分析了温度场对堆焊层组织的影响,堆焊层的温度场分布、堆焊层节点的温度时间历程;研究了堆焊层不同位置的温度梯度,不同工艺参数对温度梯度和冷却速率的影响;提出了根据基体熔深来选取最佳激光堆焊工艺参数的方法,由此获得了激光堆焊的最佳工艺参数,并在试验中得到了验证。为了评估激光堆焊工艺的效果,本文采用基于模拟仿真及实验验证得到的最佳工艺参数,在34CrNi3Mo上激光堆焊了高强度的DLF-301材料。同时,对该材料采用手工电弧堆焊进行修复,并对这两种工艺堆焊层及热影响区的组织及性能进行了研究。然后分别从堆焊稀释率、熔合区的成分、组织与性能、多层堆焊热循环的影响以及堆焊热应力四个方面详细对比了两种工艺的组织、性能方面的差异。结果显示,激光堆焊热影响区小,稀释率小,熔合区组织比较单一,硬度、强度和韧性等都比手工电弧焊突出,多层堆焊界面明显,且产生的应力也较小。综上所述,激光堆焊成形技术为恶劣工况下工作的高强度材料零件的形状尺寸恢复和功能修复提供了一条有效途径,对于延长零件使用寿命,节约再制造成本以及实现资源的再生利用和可持续发展具有重要的实际意义。
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