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同轴和侧面激光熔覆产生的厚金属涂层：加工和性能
来源: | 作者:辉锐集团 | 发布时间: 2021-06-05 | 1147 次浏览 | 🔊 点击朗读正文 ❚❚ ▶ | 分享到:
同轴和侧包覆工艺的实验评估
激光熔覆激光束功率 ，虽然几个额外的工艺参数如：激光束光斑尺寸、激光束能量分布、屏蔽和载气的数量和种类、粉末颗粒的尺寸、速度和进料方向等，也起作用。从实用的角度来看，引入两个新的工艺参数是有用的，即参数对应于激光轨道单位长度输送的新材料量。通常可以在相当宽的加工窗口操作范围内沉积单个激光轨迹。一个完整的包覆层是通过并排的单个轨道的连续沉积形成的。然而，如果想要建立一个最佳的包覆层（结合良好、厚、致密且没有孔隙和裂缝），单个轨迹应该满足某些几何特征，这可以在特定的加工窗口内实现。
激光熔覆
为了研究主要的激光熔覆参数对轨道的影响，我们使用了分级实验（通过在同轴激光头下旋转基板棒或通过在基板上的熔覆头线性移动来实现侧面熔覆设置。在每个单跟踪激光束功率 P 从最小值到最大值连续增加。简而言之，进行了 25 个激光跟踪以探索两者的整个加工窗口 Carvalho等人，1995 年；Vilar等人，2006 年）。这种方法基于一个过程参数的连续变化，而其他参数保持不变。在五种不同水平的送粉速度F和五种扫描速度S 的所有组合下进行单道实验包层设置。在我们的包覆实验中使用的材料的化学成分总结在表 15.1 中。
激光熔覆

激光熔覆

激光熔覆
计算机控制的激光熔覆系统包括：Metco 9MP 送粉器、同轴或侧熔覆喷嘴、XYZ-Rotation CNC 工作台和 2  kW 连续波 Rofin Sinar Nd:YAG 激光器。具有顶帽能量分布特性（聚焦）的激光束聚焦在基板上方，导致激光束光斑尺寸为 3.0 毫米（同轴包层）和 3.6 毫米（侧包层）直径。计算机控制允许在激光熔覆期间通过激光灯泵浦功率的线性变化在200-1750 W的区间内操作激光功率P。表 15.2总结了所有等级同轴和侧包层实验的所有实验细节。

表 15.2。渐变同轴和侧面激光熔覆实验中加工参数的变化

设置 粉末 基质 光斑尺寸 [mm] P范围 [W] S范围 [mm/s] F范围 [mg/s] 轨道长度 [mm]
同轴 美科19E C45钢 3.0 200–1500 1.67–5.67 66.7–167 188
边 Eutroloy 16006 GG-B 3.6 600–1750 2.0–6.67 33.3–100 130
激光熔覆
因为我们使用激光功率梯度实验研究激光熔覆过程，所以激光功率梯度必须“相当小”才能接近稳态熔覆状态。激光功率沿单个激光轨迹的线性变化产生 6.9 的激光功率梯度 在同轴情况下W/mm， 在侧面熔覆情况下分别产生8.8 W/mm。加工区域内激光功率的变化（光束尺寸直径）在这两种情况下都小于 35  W，这似乎是一个相当小的值，即不会偏离过多的稳态状态。
图 15.4H (mm)、包层宽度W (mm)、原始表面上方的包层面积A c(mm 2A m (mm 2 )。根据这些特性，可以评估另外两个重要的量：稀释度D和包层角 α。稀释度D = A m / ( A c + A m显示了一个激光轨迹的典型横截面，并定义了通常用于表征单个激光轨迹的主要几何量：包层高度) 和熔融基板面积) 量化了在包层过程中已熔化的基板材料的相对量加工并与其他材料混合。虽然，为了成功的包覆，涂层和基材之间总是需要一些稀释以确保良好的冶金结合，但高稀释度可能会降低涂层性能的事实要求它保持在合理的低水平。在实践中，包层角 α 需要足够大，以避免涂层中的运行间孔隙 ( ) 产生，同时重叠单个 间隙 Steen等，1986 Colaço等人，1996 年）复合轨道。为了避免系统误差和相当大的数据分散，通常假设激光轨迹的横截面是圆（）的一部分。激光熔覆轨道特征的实验评估，如熔融区的形状和稀释，需要横截面。为了记录所有几何特征，以规则的间隔对单个激光轨迹进行横截面。样品经过机械抛光和化学蚀刻，用于金相观察。使用线性增加的已知值分配每个切片表面的激光束能量的相应值）。熔覆角 α 可以从激光轨道宽度W和激光熔覆高度H 计算为：α = 180 – 2 arctan (2 H / W ) ( Bartsch, 1974泵浦功率和激光校准曲线（ Ocelík等人，2004 年），其中涉及泵浦功率和 Nd:YAG 激光束输出功率。

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