【能场复合激光表面改性】浙江工业大学姚建华教授团队:水帘结构同步水冷装置对光-粉同路激光熔覆温度场的影响研究

科技   2024-08-21 17:30   重庆  




水帘结构同步水冷装置对光-粉同路激光熔覆温度场的影响研究.pdf 





激光熔覆技术是如今主流的增材修复再制造技术之一,通过使用激光束照射熔覆材料与基体表面,使之迅速加热熔化,并在激光离开后,快速冷却形成具有优异性能的表面涂层,在恢复设备零件使用性能的同时,又节约了大量资源。在工业自动化设备和电力设备中,通常包含大量导线、橡胶圈等部件,激光增材修复过程引起的局部升温会烧蚀零件边缘,导致低熔点材料开裂,甚至熔化。鉴于此,本文根据气幕发射技术原理,使用压缩氩气作为高压气源,通过喷嘴喷出的高速气体形成一层气流壁,与外部形成隔离环境,并在光-粉同路激光直接能量沉积技术将粉路耦合进光路的基础上,添加外放水帘组成同步水冷熔覆头,研究表面同步水冷对激光熔覆温度场的影响机理。对比分析同步水冷对熔池形貌、晶粒大小、热量积累弯曲变形产生的影响,为同类强制冷却激光熔覆工艺参数优化和原位修复提供参考。

关键词:同步水冷;光-粉同路;增材制造;温度控制;能场复合;数值模拟

论文配图


2种熔覆方式的温度云图

2种不同熔覆方式的变形对比

2种熔覆方式的沉积形貌对比

2种熔覆方式的EBSD晶粒尺寸对比

不同厚度基板的熔覆区域热累积温度曲线

不同厚度基板的变形量对比


结论

通过对比分析光-粉同路和同步水冷2种熔覆方式下的熔池形貌、晶粒尺寸、不同基板厚度下的热量积累及悬臂梁变形量、温度场及变形量模拟,得出如下结论。

1)水帘的表面冷却效应限制了熔池热量的扩散与深入,但对熔池的冷却速度无明显影响,主要表现为同步水冷的熔池尺寸要小于光-粉同路,但二者晶粒尺寸无明显差别。

2)水帘对熔覆过程中板材整体升温的限制作用明显,对比热电偶测得2种熔覆方式下的基板背面温度,同步水冷能保持基板温度一直在50 ℃以下,在薄板搭接熔覆时,同步水冷能免于基板被熔塌。

3)板材较薄时,热应力要远大于约束力,且水冷效应拔高了上下面温差,使基板翘曲进一步增大。板材厚度增加使得热应力与基板约束力的差距逐渐减小,另一方面也稀释了热积累效应的影响,导致二者变形量逐渐减小,直至趋于相同。

引文格式


杨高林, 刘谭亮, 雍兆, 等. 水帘结构同步水冷装置对光-粉同路激光熔覆温度场的影响研究[J]. 表面技术, 2024, 53(13): 13-21.

YANG Gaolin, LIU Tanliang, YONG Zhao, et al. Influence Mechanism of Water Curtain Synchronous Water Cooling on Temperature Field of Laser-powder Co-path Laser Cladding[J]. Surface Technology, 2024, 53(13): 13-21.

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审 核|汪  潇

编 辑|邓李旸



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