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工艺参数对激光熔覆层影响的研究

作　者: 陈川川
导　师: 刘继常
学　校: 湖南大学
专　业: 车辆工程
关键词: 熔覆层高度裂纹畸形熔覆气孔激光功率熔覆层宽度
分类号: U466
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

激光熔覆作为表面改性和快速成型的一种重要方法，具有生产效率较高，制造成本低，热影响区很小、加工表面十分光洁、无污染、无噪声等优点，广泛应用于汽车模具的强化与修复、激光快速制造和生物医学制造等领域。但是，激光熔覆层表面几何特征及其表面熔覆层缺陷问题是阻碍激光熔覆发展的障碍。众所周知，激光熔覆表面形貌直接决定着熔覆层的性能，而熔覆层的宽度和高度对于熔覆层表面几何特征及其缺陷具有非常重要的意义。本文利用半导体激光器在QT600-3球墨铸铁表面熔覆铁基合金粉末Fe55。分析了常见的裂纹、气孔、熔覆层氧化和畸形熔覆、凹陷等熔覆缺陷的原因，并提出了相应的措施和方法来减少缺陷。探究不同的工艺参数对熔覆层的宽度和高度的影响。研究结果表明:（1）激光功率、扫描速度、送粉速度、离焦量等工艺参数对熔覆表面形貌的影响作用较大。随着激光功率的增加，熔覆层高度增加的幅度较小，而熔覆层的宽度增加幅度增大。在激光功率和送粉速度及光斑大小一致的情况下，熔覆层的高度随着激光扫描速度的增加而明显减小;在有效光斑直径范围内,离焦量对熔覆层宽度和高度的影响较小。（2）为了探究交互影响的作用下不同的工艺参数对熔覆层的宽度和高度的影响程度，对试验数据进行正交试验方差处理。结果表明在激光熔覆的试验中，激光功率和送粉速度是影响熔覆层宽度的主要因素。送粉速度和扫描速度是影响激光熔覆层的高度的主要因素。在激光功率、扫描速度、送粉速度、离焦量的交互作用下选择较优的工艺参数，激光功率为2400W、送粉电压为40V、离焦量为12mm、扫描速度为150mm/min时能够得到所需宽度和高度的熔覆层，熔覆层与基体之间实现了良好的冶金结合，无裂纹、气孔的缺陷。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
插图索引  10-12
附表索引  12-13
第1章绪论  13-22
  1.1 引言  13-14
  1.2 激光熔覆技术的概论  14-16
    1.2.1 激光熔覆的基本原理  14-15
    1.2.2 激光熔覆技术的工艺特点  15
    1.2.3 激光熔覆的基本方法  15-16
  1.3 国内外激光熔覆技术研究与应用现状  16-19
    1.3.1 激光熔覆技术发展研究现状  17-19
  1.4 激光熔覆过程中存在的问题  19-20
    1.4.1 影响激光熔覆层表面质量的因素  20
  1.5 课题的背景和意义  20-22
    1.5.1 课题研究的主要内容  21-22
第2章试验方案  22-30
  2.1 试验目的  22-23
  2.2 试验材料的选择  23-24
    2.2.1 基体材料  23
    2.2.2 熔覆材料的选择  23-24
  2.3 试验设备  24-27
    2.3.1 激光器  24-25
    2.3.2 光纤  25
    2.3.3 冷水系统  25
    2.3.4 送粉系统  25-27
  2.4 试验方法  27-29
    2.4.1 正交试验方法的选用  27-28
    2.4.2 试验的处理方法  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章激光熔覆层缺陷的研究  30-43
  3.1 裂纹  30-34
    3.1.1 裂纹的渗透探伤检测  30
    3.1.2 裂纹产生的原因  30-32
    3.1.3 预防裂纹产生的措施  32-34
  3.2 气孔产生的原因及预防措施  34-37
    3.2.1 气孔产生的原因  34-36
    3.2.2 气孔的预防措施  36-37
  3.3 凹陷原因及预防措施  37-39
    3.3.1 凹陷的原因  37-39
    3.3.2 预防凹陷的措施  39
  3.4 畸形熔覆的原因及预防措施  39-41
    3.4.1 畸形熔覆产生的原因  40-41
    3.4.2 预防畸形熔覆的措施  41
  3.5 熔覆层的氧化  41-42
    3.5.1 氧化的原因  41
    3.5.2 氧化的预防措施  41-42
  3.6 本章小结  42-43
第4章激光熔覆层的影响因素及其工艺参数优化  43-56
  4.1 激光熔覆各因素对熔覆层的宽度和高度的影响  44-49
    4.1.1 激光熔覆试验中激光功率对熔覆层的宽度和高度的影响  44-45
    4.1.2 激光熔覆试验中扫面速度对熔覆层的宽度和高度的影响  45-46
    4.1.3 激光熔覆试验中离焦量对熔覆层的宽度和高度的影响  46-47
    4.1.4 激光熔覆试验中送粉速度对熔覆层的宽度和高度的影响  47-49
  4.2 正交试验与分析  49-55
    4.2.1 正交试验方案的分析  49-50
    4.2.2 激光熔覆层表面几何特征的试验设计  50-51
    4.2.3 方差分析法  51-52
    4.2.4 各因素及水平对熔覆层宽度的影响  52-53
    4.2.5 各因素及水平对熔覆层高度的影响  53-55
  4.3 正交优化试验结果  55
  4.4 本章小结  55-56
结论与展望  56-58
参考文献  58-61
致谢  61

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