激光熔覆工艺参数对熔覆层表面平整度的影响

简述工艺参数对激光熔覆的影响激光熔覆是一种利用激光束对工件表面进行局部熔化，然后快速凝固形成涂层的表面改性技术。

工艺参数是激光熔覆过程中非常重要的影响因素，合理的工艺参数能够有效控制熔覆涂层的质量和性能。

本文将就工艺参数对激光熔覆的影响进行简要的介绍。

激光功率是影响激光熔覆的关键参数之一。

激光功率的大小直接影响着熔池的温度和深度。

如果激光功率过小，熔池温度将不足以完全熔化底材和熔覆材料，从而导致涂层的结合性能不佳。

而如果激光功率过大，熔池温度将过高，易造成熔池过深和过宽，热影响区增大，从而使热输入过高，使基体金属易热变形和热应力引起裂纹。

要保证适当的激光功率，是保证熔覆质量的重要因素之一。

激光扫描速度也是影响激光熔覆的重要参数之一。

激光扫描速度的大小直接影响着熔覆涂层的结晶组织和晶粒尺寸。

当激光扫描速度过小，熔覆涂层的热输入将过高，涂层容易产生大晶粒和热影响区过大，从而导致涂层的组织过粗；当激光扫描速度过大时，熔覆涂层的热输入将过低，导致熔化不彻底，容易出现未熔或者局部未熔现象。

合理控制激光扫描速度，能够有效控制熔覆涂层的组织和性能。

激光熔覆的气氛环境也是影响熔覆质量的重要因素。

不同的气氛环境对涂层表面的氧化和夹杂物的形成有着直接的影响。

一般来说，惰性气体的气保护效果较好，能够有效减少氧化和夹杂物的形成，保证涂层的质量。

在激光熔覆过程中，要选择合适的惰性气体进行气保护，以保证涂层的质量。

激光熔覆的激光束直径和焦距也是影响熔覆质量的重要参数之一。

激光束的直径直接影响着熔池的形状和大小，而焦距则直接影响着激光束的能量密度分布。

要保证合适的激光束直径和焦距，以保证熔覆涂层的质量和性能。

工艺参数是激光熔覆过程中影响熔覆质量的重要因素。

合理的控制激光功率、扫描速度、气氛环境和激光束参数，能够有效地提高熔覆涂层的质量和性能，为激光熔覆技术的应用提供了重要的理论依据和实践指导。

简述工艺参数对激光熔覆的影响激光熔覆技术是一种先进的表面强化工艺，可以有效地提高金属表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。

工艺参数作为激光熔覆过程中的重要因素，对最终的熔覆质量和性能有着重要的影响。

本文将对工艺参数对激光熔覆的影响进行简要描述。

激光熔覆技术是一种利用高能密度激光束对金属表面进行加热熔化，并在凝固过程中与基体金属混合的技术。

通过控制激光熔覆过程中的工艺参数，可以实现对熔覆层的组织结构、成分和性能的调控，从而满足不同工件的表面强化要求。

激光功率是影响激光熔覆过程的重要参数之一。

激光功率的大小直接影响着熔池的温度和深度，过高或过低的激光功率都会导致熔覆层的质量不理想。

过高的激光功率会导致熔池过热，容易产生裂纹和气孔，过低的激光功率则无法完全熔化添加材料和基体金属，影响熔覆层的结合强度。

合理选择激光功率对于保证熔覆层的质量至关重要。

激光扫描速度也是影响激光熔覆过程的重要参数之一。

激光扫描速度的快慢直接影响着熔池的凝固速度和熔覆层的组织结构。

通常情况下，较快的激光扫描速度会导致熔池的凝固速度加快，晶粒尺寸变小，组织更加细密，硬度更高，但是会降低熔覆层的厚度；而较慢的激光扫描速度则会导致熔池的凝固速度减慢，晶粒尺寸变大，组织较粗，硬度较低，但是可以保证熔覆层的厚度。

根据具体的工件和表面强化要求，合理选择激光扫描速度是非常重要的。

激光熔覆过程中的激光焦点位置也是影响熔覆质量的重要参数。

激光焦点位置与添加材料的进料位置、基体金属的表面形貌等因素密切相关，不同的焦点位置会导致熔池的形状和尺寸不同，影响熔覆层的成形性能和质量。

激光熔覆过程中的激光束直径、激光束形状、激光束的成形方式、激光束与工件表面的角度等参数也会对熔覆质量产生一定的影响。

合理选择和控制这些工艺参数，可以有效地提高激光熔覆的加工效率和加工质量。

工艺参数对激光熔覆的影响是十分显著的。

通过合理选择和控制激光功率、扫描速度、焦点位置等工艺参数，可以实现对熔覆层的微观组织、成分和性能的调控，从而满足不同工件的表面强化要求。

激光熔覆工艺参数和材料等因素对熔层裂纹关系影响的探讨与思考激光熔覆是一种热源集中、熔融和凝固迅速的表面修复工艺，广泛应用于金属和合金的表面涂覆、修复和改性等领域。

在激光熔覆过程中，熔层裂纹是一个重要的质量问题，对于改善熔覆层的性能和延长使用寿命具有重要意义。

本文将探讨激光熔覆工艺参数和材料等因素对熔层裂纹的关系，并提出相应的思考。

首先，激光熔覆工艺参数对熔层裂纹的影响是关键因素之一、激光功率是影响熔覆过程中加热速率和冷却速率的重要参数。

当激光功率过高时，熔池的温度梯度将增大，热影响区内的残余应力增加，容易形成熔层裂纹。

因此，合理选择激光功率，控制熔池的温度梯度和冷却速率，可以有效减小熔层裂纹的产生。

其次，激光熔覆过程中的扫描速度也对熔层裂纹的形成有重要影响。

扫描速度过高，将导致熔层过厚，易产生热应力集中和裂纹的形成；扫描速度过低，将导致熔层过薄，容易产生裂纹。

因此，合理选取适当的扫描速度，可以减少熔层裂纹的发生。

此外，激光熔覆过程中还有其他重要的参数，如激光束直径、熔覆层厚度、激光束与工件的距离等等。

这些参数与熔层裂纹的形成有密切关系。

在激光熔覆中，激光束直径的大小和激光束与工件的距离能够影响加热区域的大小和形状，进而影响熔池的温度梯度和残余应力的分布，从而影响熔层裂纹的形成。

熔覆层厚度对于冷却速率和残余应力有明显影响，因此也会对熔层裂纹产生影响。

另外，材料特性也是影响熔层裂纹的重要因素。

不同的材料具有不同的熔点、热导率、热膨胀系数等物理特性，这将直接影响加热和冷却过程，容易引起熔层裂纹。

材料的化学成分和晶体结构也对熔层裂纹的形成起到重要作用。

一些合金中残余元素的含量可能会导致晶间腐蚀，进而引起熔层裂纹。

在研究激光熔覆工艺参数和材料等因素对熔层裂纹关系时，我们应该从实际应用需求出发，通过改变激光功率、扫描速度、激光束直径、工件与激光束的距离等参数，以测试和分析熔覆层的裂纹情况，从而优化工艺参数，减少熔层裂纹的产生。

激光熔覆工艺参数对熔覆层质量的影响杨宁;杨帆【摘要】激光表面热处理技术是上世纪70年代逐渐发展起来的一门新兴激光加工技术,尤其在激光熔覆等领域取得了很大进展.本文概述了激光熔覆技术,介绍了激光熔覆工艺参数对熔覆层质量的影响.【期刊名称】《热处理技术与装备》【年(卷),期】2010(031)004【总页数】3页(P17-19)【关键词】激光熔覆;工艺参数;熔覆层质量【作者】杨宁;杨帆【作者单位】河南教育学院,物理系,河南,郑州,450046;郑州大学物理工程学院,材料物理教育部重点实验室,河南,郑州,450052;中州大学,国资处,河南,郑州,450044【正文语种】中文【中图分类】TG156.99激光表面热处理技术是上世纪 70年代逐渐发展起来的一门新兴激光加工技术,尤其在激光熔覆、合金化、熔凝处理和焊接领域取得了很大进展。

激光熔覆技术发展已经近半个世纪,最早开始利用激光熔覆技术的是美国,AVCO公司对易磨损部件进行了首次试验并取得成功。

1981年英国 Ro11s Royce公司成功地在喷气发动机叶轮叶片上涂覆钴基合金显著提高了耐磨性,目前研究工作不只集中在组织性能方面,而且在生产中获得了广泛推广及应用。

激光熔覆是指以不同的添加方式把预涂材料放置在基体表面,常用的添加方式有同步送粉法和预涂粉末法,利用高能激光束辐照基体表面,熔覆粉末和基体形成一薄层,这一薄层迅速升温、气化和熔化并快速凝固成形,且基体对熔覆层稀释度极低,因此熔覆层与基体冶金结合良好,从而明显提高基体的硬度、耐磨性和抗氧化性等性能[1～2]。

激光熔覆是一个与物理、化学和材料科学等诸多方面都有关的冶金过程,对熔覆层质量影响的因素很多,包括熔覆材料、材料的供给方式、预涂厚度、激光功率、扫描速率、光斑尺寸等多种因素各自和相互间的影响。

除熔覆材料对熔覆层质量的影响外,工艺参数对熔覆层质量的影响也是很重要的一方面。

熔覆层质量分为宏观熔覆层质量和微观熔覆层质量两个方面。

超高速激光熔覆工艺参数对熔覆层组织和性能的影响,郑红彬X王淼辉2,葛学元2,王欣2(1.机械科学研究总院，北京100083$.北京机科国创轻量化科学研究院有限公司，北京100083)摘要：超高速激光熔覆技术与传统激光熔覆有所不同，可大幅提高熔覆效率，制备无缺陷的均匀薄涂层。

为研究超高速激光熔覆主要工艺参数对熔覆层组织与性能的影响，采用超高速激光熔覆技术，分别 以不同激光功率、熔覆速度、熔覆道间距在9Cr2Mo钢基体表面制备M2高速钢涂层，对熔覆层微观组织及力学性能进行表征。

结果表明：熔覆层以细小等轴晶为主，晶间存在网状碳化物；熔覆层主要由crFe、2-Fe以及少部分的MC和M2C碳化物组成；随着激光功率的增大、熔覆速度的减小、熔覆道间距的减小，激光束对熔覆层输入的能量密度随之增大，熔覆层平均晶粒尺寸呈现增大趋势；改变超高速激光熔覆工艺参数，提高对熔覆层的输入能量密度，熔覆层的显微硬度也更加均匀，平均硬度明显提高。

关键词：激光技术；超高速激光熔覆；工艺参数；涂层；微观组织；显微硬度中图分类号:TG174.4文献标志码：AInfluence of Ultra-high-speed Laser Cladding Process Parameters on the Structure and Propertiesof the Cladding LayerZHENG Hongbin1,WANG Miaohui,GE Xueyuan2,WANG Xin2(1.China Academy of Machinery Science and Technology Group Co.,Ltd.,Beijing100083,China；2.Beijing National Innovation Institute of Lightweight Co.,Ltd.,Beijing100083,China)Abstract:Ultra-high-speed laser cladding technology was different from traditional laser cladding,which could greatly improve the cladding efficiency and prepare a uniform thin coating without defects.In order to study the influence of the mainprocessparameGersofulGra-high-speedlasercladdingonGhesGrucGureandperformanceofGhecladdinglayer ulGra-high-speedlasercladdingGechnology wasusedGoprepare M2high-speedsGeelcoaingonGhesurfaceof9Cr2MosGeelsubsGraGe wihdi f erenGlaserpower claddingspeed andcladdingchannelspacing.The microsGrucGureand mechanicalproperGiesof the cladding layer were represented.The results showed that the cladding layer was mainly composed of small equiaxed crys­tals andtherewerenetworkEarbidesbetweentheErystals.TheEladdinglayerwas mainlyEomposedof1-Fe2-Feanda sma l partofMCand M2CEarbides withtheinEreaseoflaserpower EladdingspeeddeEreased andEladdingEhannelspaE-ing also decreased,the energy density of laser beam input to the cladding layer would increase ,and the average grain size of thecladdinglayerincreased；changingtheultra-high-speedlasercladdingprocessparameterscouldincreasetheinputenergy densitytothecladdinglayer themicrohardnessofthecladdinglayerwasalso moreuniform andtheaveragehardnesswas significantlyimproved.Key words:laser technology ,ultra-high-speed laser cladding,process parameters,coating,microstructure ,microhard-激光熔覆是指将熔覆材料以不同方式添加到熔覆基体表面,并以激光束作为热源,将熔覆材料熔化凝固到基体表面制备与基体具有冶金结合的表面涂层，从而实现材料的表面改性以及产品的表面修复等的工艺方法%13&。

简述工艺参数对激光熔覆的影响激光熔覆是一种重要的表面修复技术，广泛应用于汽车制造、航空航天、船舶制造、石油化工等行业。

工艺参数是影响激光熔覆效果的重要因素。

本文将从激光功率、激光扫描速度、激光束直径、衬底温度等方面简述工艺参数对激光熔覆的影响。

首先是激光功率对激光熔覆的影响。

激光功率是指激光照射样品单位面积上的功率，它直接影响到材料表面的熔化和熔凝过程。

通常来说，激光功率越大，熔化深度越大。

但是当激光功率过大时，容易使工件过热，造成热裂纹和气孔，从而影响熔覆层的质量。

在实际应用中需要根据具体情况合理选择激光功率，以获取较好的熔覆效果。

其次是激光扫描速度对激光熔覆的影响。

激光扫描速度是指激光束在工件上移动的速度，它决定了激光照射在单位面积上的时间长短。

激光扫描速度较高时，熔化深度较浅，熔凝速度快，熔覆层的金相组织较为细密，但熔覆层的热影响区较小，熔覆层的温度场受到较大的影响，容易出现裂缝、剥离等缺陷。

而当激光扫描速度较低时，熔化深度较大，熔凝速度较慢，金相组织较粗，但熔覆层的热影响区比较大，熔覆层的温度场受到较小的影响，熔覆层的成分均匀度和致密度相对较好。

合理选择激光扫描速度，对于确保熔覆层的质量至关重要。

最后是衬底温度对激光熔覆的影响。

衬底温度是指工件表面的温度，它决定了熔覆层与衬底之间的热传导情况。

当衬底温度较高时，熔覆层和衬底之间的热传导较强，容易导致熔覆层的温度场不均匀，熔覆层的成分和金相组织较为不均匀；而当衬底温度较低时，熔覆层和衬底之间的热传导较弱，容易导致熔覆层的温度场较为均匀，熔覆层的成分和金相组织较为均匀。

控制衬底温度，对于确保激光熔覆的效果至关重要。

简述工艺参数对激光熔覆的影响激光熔覆是一种先进的材料加工技术，广泛应用于航空、航天、汽车、船舶、医疗设备等领域。

在使用激光熔覆技术时，工艺参数的选择非常重要，能够影响熔覆质量、效率和成本等方面。

本文将从以下几个方面简要阐述工艺参数对激光熔覆的影响。

一、激光参数激光功率、波长、脉冲频率等参数对熔覆过程有着重要的影响。

激光功率越大，熔覆速度越快，但如果功率过大会导致过度熔化、氧化等问题。

激光波长和脉冲频率对材料的吸收和反射率有影响，需要根据材料特性进行选择。

二、粉末参数粉末参数包括粉末粒径、粉末形状、粉末密度等。

较小的粒径可以提高熔覆质量，但也会增加成本。

不同形状的粉末对熔覆形成的组织结构、成分等有着不同的影响。

粉末密度对成型效率和熔覆质量有很大的影响，过低的密度会导致熔覆质量不稳定，过高则增加成本。

三、扫描速度扫描速度是指激光在材料表面移动的速度。

扫描速度对熔覆质量、熔覆深度和成型效率等有着非常重要的影响。

过快的扫描速度会导致熔覆质量下降，成型效率也会受到影响；而过慢的扫描速度则会大大降低熔覆效率。

四、功率密度与层数功率密度是指激光能量在单位面积上的分布，而层数是指在一定厚度以上，激光对材料进行熔覆的次数。

选择适当的功率密度和层数能够提高熔覆质量，但过度增加功率密度和层数也会导致成本的提高。

综上所述，工艺参数对激光熔覆的影响非常重要，需要根据不同材料、不同场合和不同需求进行选择。

合理的工艺参数能够提高激光熔覆的效率和质量，降低成本，能够为各行各业提供更好的材料加工服务。

简述工艺参数对激光熔覆的影响激光熔覆是将熔融金属液体喷射或定向注入熔温总体的工艺，是一种能够有效表面保护金属、提高其耐蚀性和磨损性等功能的表面处理技术。

它的优点包括高度工艺化、高加工精度、优良的组织结构和外观质量，同时可以完全封闭焊道，消除焊缝开裂等问题。

激光熔覆工艺对影响被加工物体表面处理质量至关重要，其工艺参数是影响它整体表面处理效果的关键。

其中包括激光束聚焦点大小、焊丝尺寸以及焊缝形状等，还有相关的激光脉宽、工作距离以及空气冷却的参数。

所有的参数都必须在合理范围内管理，以保证焊接层的质量和性能。

激光熔覆工艺的焊接参数包括焊接温度、焊接速度、焊接时间、焊接深度等，这些参数对激光焊接影响很大。

焊接温度是影响熔融池和焊道深度的关键因素。

焊接速度或工作距离能够精确控制焊接温度，并影响焊接深度，还可以调节熔融池大小用于改善焊接层外观质量。

此外，焊接时间和焊接深度也会对焊缝的形状和质量产生重要影响。

如果焊缝太浅，就会导致表面缺陷，如果太深，可能会导致焊接缺陷。

激光熔覆还受材料工艺参数的影响，如熔融温度、熔融池流速等。

材料熔融温度超过了被覆部件的相对温度，超高的熔融温度将直接影响焊缝的强度和可靠性，特别是焊缝的内部结构变化，而过低的熔融温度则可能会影响焊道密度。

而熔融池流速越低，焊接质量越高，熔融层的深度、形状和组织结构都有更好的保证。

另外，激光熔覆还受空气冷却参数的影响，例如空气流速和流量，这些参数会直接影响熔融表面的平整度和外观质量，并降低焊接层的温度，减少热影响区并影响焊道深度。

综上所述，激光熔覆工艺参数对其优良表面处理效果十分重要，必须在允许范围内恰当地控制其参数才能使激光熔覆工艺应用获得最佳效果。

如有不当设置，将会对激光熔覆表面处理的效果造成严重影响，而且影响效果无法被简单纠正。

这就是为什么对于激光熔覆而言，选择最佳的工艺参数是极为重要的。

简述工艺参数对激光熔覆的影响激光熔覆是一种先进的制造技术，其强大的能量和高精度的焦点能有效地改善材料表面的性能。

在激光熔覆过程中，多个因素会影响其过程和结果，这些因素往往被称为工艺参数。

本文将介绍几个主要的工艺参数，并探讨它们如何影响激光熔覆的结果。

1. 激光功率激光功率是激光熔覆的最重要的工艺参数之一。

它控制着激光能量的输出量，直接影响熔覆池的深度和宽度。

较高的激光功率可以增加熔覆池的深度和宽度，同时也会提高熔覆区域的温度，促进熔化和混合。

然而，过高的激光功率会导致熔覆池的液态过度，甚至出现烧穿的情况，从而影响熔覆的质量。

2. 激光扫描速度激光扫描速度是指激光束在工件表面移动的速度。

激光扫描速度影响熔覆池的深度、宽度、粗糙度和合金化程度。

较快的激光扫描速度可以使熔覆区域的温度更加均匀，减少热输入和热影响区域，从而降低裂纹的风险。

然而，过快的激光扫描速度会导致熔覆区域不充分，得到的是表面部分融化的坑状结构，从而影响熔覆的质量。

3. 光斑直径光斑直径是指激光束在工件表面上的直径。

光斑直径越小，融化和熔覆的深度就越大，同时熔覆池的宽度就越窄。

较小的光斑直径有助于提高激光功率密度和热输入控制，促进熔化和合金化。

然而，过小的光斑直径可能会导致熔覆池的深度不足，从而影响熔覆的质量和效果。

4. 熔覆材料的成分和性质熔覆材料的成分和性质是决定激光熔覆效果的另一个重要因素。

不同的材料和材料成分具有不同的热导率、比热能、熔点和熔合特性，因此对熔化和混合的响应也有所不同。

例如，黄铜可以很好地合金化，因为它的热导率较低，有利于热输入的积累；而铝合金则更难熔覆，因为它的比热能较高，需要更多的热量才能使其完全融化。

总之，激光熔覆是一种高精度、高效的制造技术，其效果受多种工艺参数影响。

了解和把握这些工艺参数对激光熔覆的影响，有助于更好地控制和优化激光熔覆过程，以满足不同材料和产品的需求。

简述工艺参数对激光熔覆的影响【摘要】激光熔覆技术是一种高精度的表面涂覆技术，其质量受到工艺参数的影响。

本文首先介绍了激光熔覆技术的发展历程和工艺参数的概念。

接着分析了激光功率、扫描速度、气氛控制、粉末品质、辅助材料等工艺参数对熔覆质量的影响。

通过综合分析各个工艺参数的影响，得出了工艺参数对激光熔覆的综合影响。

同时探讨了未来激光熔覆技术的发展方向，为进一步提高熔覆质量提供了理论依据。

本文对激光熔覆技术及其工艺参数的影响进行了系统的总结和分析，对于进一步推动该技术的发展具有重要的参考价值。

【关键词】激光熔覆技术、工艺参数、激光功率、扫描速度、气氛控制、粉末品质、辅助材料、综合影响、未来发展方向1. 引言1.1 激光熔覆技术的发展激光熔覆技术的发展主要体现在以下几个方面：激光设备的技术不断提升，激光功率、束斑形状、扫描系统等关键技术得到了改进和优化，使得激光熔覆技术更加精准和高效。

激光熔覆材料的种类和质量不断提高，各种合金粉末、陶瓷粉末等材料被广泛应用于激光熔覆过程中，为实现不同性能要求的涂层提供了更多可能性。

激光熔覆技术的自动化程度也在不断提高，自动化生产线的应用使得生产效率得到了大幅提升。

激光熔覆技术在表面处理领域的应用前景十分广阔，随着技术的不断创新和完善，它将会成为工业制造领域中不可或缺的重要技术之一。

1.2 工艺参数的概念工艺参数是指在激光熔覆过程中可以调节和控制的各项参数。

这些参数包括激光功率、扫描速度、气氛控制、粉末品质和辅助材料等。

通过精确控制这些工艺参数，可以实现对激光熔覆过程的精准控制，从而达到最佳的熔覆效果。

激光熔覆过程中的工艺参数直接影响着熔覆涂层的质量和性能，因此对这些参数进行合理的调节和优化至关重要。

在实际应用中，根据不同的材料和工件要求，需要针对不同的工艺参数进行调整，以达到最佳的熔覆效果。

对工艺参数的深入理解和熟练掌握是提高激光熔覆工艺的关键，在未来的发展中，随着技术的不断进步，对工艺参数的研究和优化将会变得越来越重要。

简述工艺参数对激光熔覆的影响激光熔覆是一种先进的表面处理技术，它通过激光束对工件表面进行加热，再将熔化的金属粉末喷射到表面，形成一层均匀的涂层。

这种技术可以提高工件的耐磨性、耐腐蚀性和热稳定性，是一种重要的表面强化方法。

而工艺参数对激光熔覆过程具有重要的影响，不同的工艺参数会影响熔覆层的质量、成形和性能。

下面我们就来简要介绍一下工艺参数对激光熔覆的影响。

激光功率是影响激光熔覆效果的重要参数之一。

激光功率的大小直接影响到熔覆层的熔化深度和熔化范围。

一般来说，激光功率越大，熔化深度就越大，覆盖范围也会更广。

但是如果激光功率过大，可能会导致熔化过深甚至烧穿工件，在选择激光功率时需要根据不同的工件材料和要求进行调整，以确保熔覆层的质量和性能。

激光熔覆过程中金属粉末的喷射量也是影响熔覆效果的重要参数之一。

金属粉末的喷射量直接影响到熔覆层的厚度和均匀性。

一般来说，较大的金属粉末喷射量可以形成较厚的熔覆层，但如果喷射量过大，可能会导致熔覆层的过量堆积和气孔的产生，影响熔覆层的质量和性能。

因此在实际操作中需要根据工件表面的状况和要求，合理设置金属粉末的喷射量，以保证熔覆层的质量和均匀性。

激光熔覆的气氛环境对熔覆效果也有一定的影响。

合适的气氛环境可以保证熔覆过程中金属粉末的熔化和液态扩散，有利于提高熔覆层的质量和成形精度。

一般来说，惰性气体如氩气或氮气是常用的气氛环境，它们可以有效阻止金属粉末氧化和污染，提高熔覆层的质量和成形精度。

激光熔覆的基底材料和预处理也会对熔覆效果产生重要影响。

不同的基底材料对激光能量的吸收和热传导有不同的特性，这会影响到熔覆过程中热量的传导和分布，对熔覆层的成形和质量产生影响。

基底材料的表面粗糙度和清洁度也会对熔覆层的结合质量和粗糙度产生重要影响，因此在实际操作中需要对基底材料进行合理的预处理，以保证熔覆层的质量和性能。

工艺参数对激光熔覆过程具有重要的影响，不同的工艺参数会直接影响熔覆层的质量、成形和性能。

激光熔覆工艺参数对熔覆层形貌的影响及优化于天彪;宋博学;郗文超;马哲伦【摘要】应用IPG-500激光器对45号钢进行了激光熔覆,研究了工艺参数对熔覆层形貌的影响,采用极差分析找出影响熔覆层形貌的关键因素.在此基础上,提出采用灰色关联度分析不同参数组合下的熔覆层质量与理想的熔覆层质量之间的关联度,从而找出最佳的激光熔覆工艺参数组合.结果表明,激光功率与扫描速度是影响熔覆层形貌的主要因素,并且在激光功率为400 W,扫描速度为7 mm/s及送粉速率为0.7 r/min的条件下,所获得的熔覆层质量最优,为激光熔覆工艺参数的选择提供理论支持.【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(040)004【总页数】6页(P537-542)【关键词】再制造;激光熔覆;极差分析;参数优化;灰色关联度【作者】于天彪;宋博学;郗文超;马哲伦【作者单位】东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳 110819;东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳 110819;东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819;东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳 110819【正文语种】中文【中图分类】TH17对废旧机械零部件进行再制造,能够实现巨大的经济与社会效益,是实现资源节约与可持续发展的重要手段之一[1-2].近年来,随着我国再制造产业的发展,逐步形成了包括再制造成形技术、拆解与清洗技术及检测与评估技术在内的再制造技术体系[3],有力推动了再制造技术的柔性化、智能化发展[4].激光熔覆作为一种高效的再制造成形技术,已经被应用于多种不同类型的废旧零部件的修复实践中[5-6].然而,激光熔覆所产生的的熔覆层质量与激光熔覆工艺参数的选取密切相关,针对不同材料的基体与金属粉材,恰当的激光熔覆工艺参数的选取是获得高质量熔覆层的关键.目前已有诸多学者从不同角度对激光熔覆参数进行了研究.朱刚贤等[7]研究了激光功率、扫描速率及送粉气流量对熔覆层表面平整度的影响;张庆茂等[8]从稀释率的角度出发,研究了稀释率与扫描速度和送粉速率之间的关系;Wang等[9]采用有限元建模分析熔池温度场的分布情况,并指出激光功率与扫描速度均对熔池温度场有较大影响;Fan等[10]对不同工艺参数下的熔覆层形貌、组织和性能等进行了研究,指出加入Mo2C可提高熔覆层硬度;Ansari[11]通过分析镍基合金粉末下的激光熔覆参数对熔覆层形貌的影响,提出利用回归模型对熔覆层形貌进行预测,并取得了良好的预测效果.在激光熔覆工艺参数优化方面,已经有诸多学者针对包括齿轮钢[12]、316 L不锈钢[13]等不同种类的基体材料与不同种类的合金粉末进行了研究.根据以上分析,目前研究大多集中于激光功率参数与熔覆层形貌特征及微观组织等之间的关系,以实验研究为主,尚缺乏基于统计学的激光功率参数优化选择的相关研究.本文在研究不同激光功率参数对熔覆层形貌影响的基础上,探究影响熔覆层质量的主要因素.在此基础上,提出采用灰色关联度分析研究不同实验参数的组合与理想的熔覆层质量之间的关系,进而找出适应于当前实验材料的最佳激光功率参数.1 灰色关联度分析激光熔覆形成的熔覆层质量由多个工艺参数共同决定,而不同工艺参数之间存在复杂的相互关系.因此,激光熔覆是信息不完备系统,属于灰色系统,应采用灰色关联度分析不同工艺参数下熔覆层质量与理想质量之间的不确定性.若激光熔覆实验结果包含n个评价指标,则第i个评价对象可描述为Xi={xi1,xi2,…,xij,…,xin},i=1,2,…,m.(1)式中,m为实验组数.同时定义理想实验指标为X0={x01,x02,…,x0n} .(2)通过式(3)与式(4)对由激光熔覆实验结果组成的决策矩阵进行标准化处理:(3)(4)其中,正向指标由式(3)进行标准化处理,负向指标由式(4)进行标准化处理.在激光熔覆系统中,熔宽属于正项指标,熔深与熔高属于负向指标.在指标标准化后计算各个指标与理想指标之间的差值:i=1,2,…,m;j=1,2,…,n .(5)因此可得两级最大差与两级最小差:(6)(7)则第i个实验组的各个指标的关联系数为(8)式中,ρ为分辨系数,一般在0～1之间,通常取0.5.可得第i组实验与理想指标的关联度:i=1,2,…,m .(9)因此,与理想指标关联度最大的实验组对应的实验参数为理想实验参数.2 实验设计本实验采用的粉末为铁基合金粉末,主要成分如表1所示.表1 铁基合金粉末主要成分(质量分数)Table 1 Main components of Fe-based alloy powder %CSiMnBCrNiMoNbFe0.071.100.400.2315.25.101.000.31余量在使用粉末之前,需对其进行至少24 h的干燥过程,从而降低粉末氧化产生的成分变化,并保证送粉过程中粉末不会黏着于送粉管内壁,从而影响送粉速率.实验所用的基材为45号钢,其主要成分如表2所示.表2 基体主要成分(质量分数)Table 2 Main components ofsubstrate %CSiMnPSCrNiCuFe0.460.300.550.030.021.000.250.26余量实验中钢板尺寸为110 mm×120 mm×10 mm.进行熔覆实验前,应先用砂纸将基板表面摩擦光滑,防止表面存在锈迹与杂质等对熔覆质量产生负面影响.实验使用IPG-500光纤激光器,激光头由一台库卡机器人进行控制.实验采用氩气作为运送粉末的送粉气及激光熔覆过程中的保护气,防止激光熔覆过程中熔池元素由于高温而产生的氧化作用.激光光斑直径固定为1.1 mm,离焦量为12 mm.本次实验设计了3因素4水平的单道激光熔覆正交试验,如图1所示,各因素水平如表3所示.图1 单道激光熔覆实验Fig.1 Single-track laser cladding experiment表3 各因素实验水平Table 3 Experiment levels of factors因素水平 1水平2水平3水平4激光功率/W350375400425扫描速率/(mm·s-1)5.566.57送粉速率/(r·min-1)0.60.70.80.9其中,由于本实验所采用的送粉器为转盘式送粉器,金属粉末由粉盘旋转送入管道,因此送粉速率由粉盘的旋转速度控制.实验完成后的基板如图2所示,每组实验均重复多次并取其均值.在进行后处理时,首先沿着熔道的横截面方向进行线切割,获得其熔道横截面;然后采用目数由小到大的砂纸对横截面进行摩擦,并对其进行镜面抛光处理;最后通过配制的盐酸-氯化铁腐蚀液对横截面进行腐蚀处理.获取熔道横截面的形貌后,通过显微镜获取熔道形貌的微观图像,并测量其熔宽、熔深及熔高.最终的实验结果如表4所示.图2 实验后的基板Fig.2 Substrate after laser cladding3 实验结果分析与优化3.1 极差分析通过极差分析可以得到影响熔覆层形貌的主要因素.若令Sij为i因素在j水平下的结果之和,则(10)式中:vij为i因素j水平的实验结果;m为水平数.令D为极差,则有(11)其中:Di为极差;n为因素数量.各因素的极差如表5所示.表4 实验结果Table 4 Experiment results组数激光功率W扫描速率mm·s-1送粉速率r·min-1熔宽μm熔深μm熔高μm13505.50.61005.00133.00341.2623506.00.71018.78126.28306.7433506.50.8880.06120.00264.7143507.00.9903.76115.01266.5153755.50.71085.0214 2.57362.2463756.00.61027.51136.37338.7773756.50.91005.17126.27271.28 83757.00.8954.35120.03282.6494005.50.81216.25151.74377.28104006.00.9 1076.25139.85355.69114006.50.61107.87121.29320.00124007.00.71076.25 118.21297.50134255.50.91177.54159.68410.03144256.00.81135.06146.524 03.80154256.50.71140.01133.27371.25164257.00.61122.73125.58333.77 由表5可知,熔宽主要受激光功率的影响,其次为扫描速率,而送粉速率对熔宽的影响较小.熔深主要由扫描速率决定,而激光功率对熔深也有一定影响,送粉速率对熔深的影响较小.熔高主要由激光功率与扫描速率所决定,而送粉速率对熔高影响较小.由正交实验可知,熔覆层形貌由不同的工艺参数共同决定,因此,在选取工艺参数时应综合考虑不同的工艺参数对熔覆层形貌所造成的不同影响.基于此,通过对影响熔覆层形貌较大的前两个工艺参数进行交互作用分析,以确定单一的工艺参数对熔覆层的影响.3.2 单因素分析1) 熔宽:对于熔宽,由表5可知其主要由激光功率与扫描速率所决定.由于激光功率是影响熔宽的主要因素,因此绘制在不同扫描速率下的激光功率趋势曲线,如图3所示.表5 极差分析Table 5 Range analysis水平熔宽/μm熔深/μm熔高/μm激光功率扫描速率送粉速率激光功率扫描速率送粉速率激光功率扫描速率送粉速率1951.91120.951065.79123.57146.75129.06294.81372.70333.4521018.01106 4.401080.02131.31137.26130.08313.73351.25334.4331119.161033.281046. 43132.77125.21134.57337.62306.81332.1141143.841014.271040.68141.261 19.71135.20379.71295.11325.88极差191.94106.6839.3417.6927.046.1484.9177.588.56由图3可知,在扫描速率一定的前提下,随着激光功率的增加,熔宽呈现增加的趋势.这是由于,随着激光功率的增加,主要影响两个方面：一是输入到基板的能量增加,导致熔池的面积增大,熔宽随着熔池面积的增加而增加;二是激光熔化的金属粉材的数量增加,导致参与形成熔覆层的材料增加,这同样会增加熔宽.2) 熔深:对于熔深而言,由表5可知其主要取决于激光功率与扫描速率.由于扫描速率是影响熔深的主要因素,因此,绘制在不同激光功率下的扫描速率趋势曲线，如图4所示.图4 扫描速率对熔深的影响Fig.4 Effect of scanning speed on cladding depth 由图4可知,在激光功率一定的前提下,随着扫描速率的提高,熔深逐渐减小.随着扫描速率的提高,激光能量在单位时间内在某一区域的停留时间逐渐降低,因此该区域吸收的激光能量同样随之降低,因此激光能量所能熔化的基板材料随之降低,造成熔深随之降低.较低的熔深有助于降低稀释率,从而提高熔覆层质量.3) 熔高:对于熔高,由表5可知激光功率与扫描速率对熔高均有较大影响.由于激光功率与扫描速率的影响相当,因此分别绘制二者的影响趋势曲线,如图5与图6所示. 图5 扫描速度对熔高的影响Fig.5 Effect of scanning speed on cladding height 由图5可知,在激光功率一定的前提下,熔高随着扫描速率的增加而减小.通过分析可知,由于提高了扫描速率,激光在基板熔道的某一位置的停留时间缩短,造成激光能够熔化的金属粉末数量降低,即参与形成熔覆层的粉末数量降低,造成熔高的下降.同理,如图6所示,在扫描速率一定的前提下,随着激光功率的提高,熔高随之增加.在激光光斑直径一定的条件下,增加激光功率即增加了单位能量密度,使激光能够熔化的金属粉末的数量增加,进而使参与形成熔覆层的粉末数量增加,最终提高了熔高.然而,过高的熔高不利于零件的成型.因此,结合激光功率对熔宽的影响,在保证一定大小的熔宽前提下,应找出适当的激光功率使熔覆层不至于过高.3.3 实验结果优化根据单因素分析结果,理想的熔覆层应在具有较大熔宽的同时,适当降低熔高与熔深,结合实际需求与先前对齿轮导轨等零部件的修复经验,确定所需熔覆层的宽度为1 120 μm,高度为300 μm,深度为120 μm.对表4中的实验数据所组成的决策矩阵按照式(3)与式(4)进行标准化处理,并由式(5)计算差值.由式(6)与式(7)可得两级最大差与两级最小差:Δmax=0.888 3 ,Δmin=0 .由式(8)计算出第i个实验组各个指标的关联系数,从而由式(9)得各个实验组的灰色关联度,如图7所示(ρ=0.5).图7 灰色关联度Fig.7 Grey relational degree由图7可知,第12实验组对应的激光熔覆工艺参数为最佳工艺参数组合,与理想工艺指标最为接近.第12组实验对应的熔道横截面如图8所示.图8 熔覆层形貌Fig.8 Morphology of cladding layer通过观察其熔覆层形貌可知,其熔宽达到了1 000 μm以上,有利于搭接以形成大面积的熔覆层,并且其熔高小于350 μm,有利于零件的成型工艺.因此,无论从实验的角度分析,还是理论计算,该工艺参数组合具备较高的实践性.4 结论1) 通过极差分析可知熔宽主要取决于激光功率,熔深主要取决于扫描速度,而熔高主要取决于激光功率与扫描速度的共同作用.通过单因素分析可知,熔宽随着激光功率的增加而增加,熔深随着扫描速度的增加而减小,而熔高随着激光功率的增加而增加,随着扫描速度的增加而降低.2) 通过对各个实验组进行灰色关联度分析,可知激光功率400 W,扫描速度7 mm/s,送粉速率0.7 r/min为最佳激光熔覆工艺参数组合.参考文献：【相关文献】[1] McMath I.Remanufacturing:sustaining industry in the 21st century[J].Engineering Technology,2005,8(2):18-20.[2] 徐滨士,李恩重,郑汉东,等.我国再制造产业及其发展战略[J].中国工程科学,2017,19(3):61-65. 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激光熔覆工艺参数和材料等因素对熔层裂纹关系影响的探讨与思考激光熔覆是一种先进的表面修复和增材制造技术，可以在金属基底上熔化金属粉末，形成一层熔覆层。

然而，激光熔覆过程中容易产生熔层裂纹，影响修复和增材制造的质量。

本文将探讨激光熔覆工艺参数和材料等因素对熔层裂纹的影响，并提出相应的思考。

首先，激光熔覆工艺参数对熔层裂纹的影响非常重要。

工艺参数包括激光功率、扫描速度、熔覆层厚度等。

激光功率过高或扫描速度过快会导致熔层温度过高，熔池冷却速度过快，从而容易产生热裂纹。

相反，激光功率过低或扫描速度过慢会导致熔层温度过低，熔池冷却速度过慢，容易产生冷裂纹。

因此，在确定激光功率和扫描速度时，需要综合考虑熔层形成的温度范围和冷却速度，以避免裂纹的产生。

其次，材料的选择也会影响熔层裂纹的产生。

金属材料的物理、化学性质以及熔点等因素都会影响熔层的形成和裂纹的生成。

材料的熔点过低会导致不完全熔化，熔池冷却速度过快，容易产生冷裂纹；材料的熔点过高会导致熔池温度过高，容易产生热裂纹。

此外，材料的热导率和热膨胀系数等因素也会影响熔池的冷却速度和形变量，从而影响裂纹的产生。

因此，在选择熔覆材料时，需要综合考虑其物理、化学性质和熔点等因素，以及与基底材料的匹配性，以减少裂纹的生成。

此外，还有一些其他因素也会影响熔层裂纹的产生。

例如，气氛控制和熔池保护对于减少氧化和夹杂物的形成非常重要，因为氧化和夹杂物的存在会显著降低熔层的强度和韧性，从而增加裂纹的生成。

此外，基底材料的形变和残余应力也会影响熔层的形成和裂纹的分布。

因此，在激光熔覆过程中，需要合理选择合适的气氛控制和熔池保护方法，并进行应力分析和模拟，以减少裂纹的生成。

综上所述，激光熔覆工艺参数和材料等因素对熔层裂纹有着重要的影响。

在进行激光熔覆时，需要合理选择激光功率和扫描速度，选择适当的材料，进行气氛控制和熔池保护，并进行应力分析和模拟。

通过合理控制这些因素，可以降低熔层裂纹的产生，提高修复和增材制造的质量。

简述工艺参数对激光熔覆的影响激光熔覆是一种金属结构改性技术，通过激光束在基体表面上进行局部加热，使金属粉末熔化并与基体表面融合，形成一层覆盖层。

工艺参数是指激光熔覆过程中所控制的各项参数，包括激光功率、激光速度、扫描模式、激光束直径等。

这些参数直接影响着激光熔覆的加工效果和覆盖层的性能。

激光功率是激光熔覆中最重要的参数之一，它决定了激光束的能量密度。

当激光功率过高时，会导致材料过度熔化并产生过多的熔池，容易出现气孔和裂纹。

当激光功率过低时，熔池的温度不足以使金属粉末完全熔化，形成的覆盖层结构致密性较差。

选择合适的激光功率对于获得高质量的覆盖层至关重要。

激光速度是指激光束在基体表面上移动的速度。

激光速度的选择可以影响覆盖层的微观组织和相变行为。

当激光速度较低时，激光束停留时间过长，熔池会出现过度熔化和堆积现象，使覆盖层的晶粒尺寸增大，显微硬度降低。

但当激光速度过高时，不易形成完全熔化的熔池，覆盖层结构松散，附着力较弱。

激光速度的选择需要在加工效率和覆盖层质量之间予以平衡。

扫描模式是指激光束在基体表面上的运动方式，常见的有单向扫描、双向扫描、分段扫描等。

不同的扫描模式对覆盖层的结构和性能有不同的影响。

单向扫描模式容易产生覆盖层中的横向裂纹，双向扫描模式可以减少横向裂纹的产生，而分段扫描模式则可进一步优化覆盖层的结构和性能。

在实际应用中需要根据具体要求选择适合的扫描模式。

激光束直径是指激光束在基体表面上的直径大小。

激光束直径的选择会直接影响熔池的尺寸和形状。

激光束直径过大，会导致熔池过深，覆盖层中金属粉末的熔化和混合效果较差；激光束直径过小，熔池过浅，无法形成充分的熔化和混合效果。

合理选择激光束直径是获得高质量覆盖层的关键。

工艺参数的选择对于激光熔覆的加工效果和覆盖层的性能具有重要影响。

通过合理调节激光功率、激光速度、扫描模式和激光束直径等参数，可以获得具有良好微观组织和力学性能的覆盖层，提高材料的耐磨、耐蚀和抗疲劳等性能，满足不同工程应用的需求。