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收稿日期:2006年12月同轴送粉激光熔覆件质量影响因素的研究季 霞 周建忠 郭华锋 徐大鹏江苏大学摘 要:介绍了同轴送粉激光熔覆的工艺过程以及激光与金属粉末的作用机理,分析了影响熔覆件质量的主要因素。
建立了粉末对激光能量的吸收表达式和稀释率的表达式,提出从材料特性和工艺参数方面改善熔覆件质量的途径。
最后对同轴送粉激光熔覆成形研究中急需解决的关键问题进行了展望。
关键词:激光熔覆, 同轴送粉, 材料特性, 工艺参数, 熔覆件质量I nfluencing F actors on Q uantity of Cladding P arts by Coaxial Laser CladdingJi X ia Zhou Jianzhong G uo Huafeng et alAbstract :The technical process of the coaxial laser cladding is introduced and the reaction mechanism between metallic pow 2der particle and laser is analyzed.The main in fluencing factors on quantity of cladding parts by coaxial laser cladding are dis 2cussed.The equation of the energy abs orbed by the metallic powder particle from the laser beam is established.The expression of dilution and the path of im proving the quality of cladding parts from material characteristics and processing parameters are present 2ed.The key problem in coaxial laser cladding rapid prototyping is put forward.K eyw ords :laser cladding , coaxial feeding , material characteristics , processing parameters , quantity of cladding parts 1 引言同轴送粉激光熔覆技术是快速成形技术的一个重要发展方向。
同轴载气送粉激光熔覆粉末流参数研究同轴载气送粉激光熔覆技术是一种先进的制备方法，具有高效率、高质量、高可控性等优点，因此在加工领域得到了广泛的应用。
在使用该技术进行熔覆粉末流成形时，粉末流参数的选择对于熔覆质量的影响非常大。
本文将针对同轴载气送粉激光熔覆粉末流参数进行研究，从以下几个方面进行分析。
一、粉末流速度粉末流速度是影响熔覆质量的重要参数之一。
当粉末流速度过大时，会导致熔滴的飞溅和熔覆质量下降；当粉末流速度过小时，会导致熔池面积减小、熔覆质量下降。
因此，应根据熔覆材料的性质和设备的能力，选择合适的粉末流速度。
二、载气流量载气流量是指粉末颗粒在流动过程中所受到的空气流动的力量大小。
合适的载气流量可以保证熔覆粉末流形成正常，同时也可以将存在于熔合池中的杂质、气泡等物质排出，保证熔覆质量的提高。
过大或过小的载气流量都会影响熔覆质量，应选取合适的值。
三、喷嘴与底板的距离喷嘴和底板的距离也是影响熔覆质量的重要参数之一。
当喷嘴和底板的距离过大时，粉末流速度将变低，影响熔覆质量；当喷嘴和底板的距离过小时，容易导致熔滴飞溅，同样影响熔覆质量。
因此，喷嘴和底板的距离应根据熔覆材料的性质、熔覆质量要求和设备的能力，进行合理的选择。
四、粉末流角度和喷嘴半径粉末流角度和喷嘴半径也会影响熔覆质量。
当粉末流角度过大或喷嘴半径过小时，会导致粉末流速度过大，熔滴飞溅，熔覆质量下降；当粉末流角度过小或喷嘴半径过大时，会导致粉末流速度过小，熔覆层减薄，熔覆质量下降。
因此，粉末流角度和喷嘴半径也应进行合理的选择。
通过以上分析，我们可以得出同轴载气送粉激光熔覆的粉末流参数的研究，是保证熔覆质量和生产效率的必要措施。
因此，在使用该技术进行熔覆粉末流成形时，应根据熔覆材料的性质、熔覆质量要求和设备的能力，选择合适的粉末流速度、载气流量、喷嘴和底板的距离、粉末流角度和喷嘴半径。
粉末同轴送入激光后的热交互作用及熔化行为解析粉末同轴送入激光后的热交互作用及熔化行为解析激光加工技术是一种高效、灵活、精确的加工技术，近年来在制造业中得到广泛应用。
其中，粉末同轴送入激光加工技术是一种重要的加工方式，它具有良好的加工控制性和高度可定制性。
本文将对粉末同轴送入激光后的热交互作用及熔化行为进行解析。
首先，我们来探讨粉末和激光之间的热交互作用。
当粉末进入激光束的照射区域时，受到激光的加热作用。
激光能量会被粉末吸收，使其温度升高。
由于粉末在激光束下的吸收率高，强大的吸收作用会导致粉末局部温度迅速升高。
同时，粉末中的光热反应也会加速热的积累，进一步提高局部温度。
其次，我们将研究粉末在激光加热下的熔化行为。
当粉末温度升高到接近或超过其熔点时，粉末开始熔化。
熔化过程中，粉末发生相变，由固态转变为液态。
在熔化过程中，粉末表面张力大大降低，使熔融的粉末更容易流动。
此外，粉末的熔化还会伴随着吸热效应，使粉末周围的温度得以控制，从而保持一定的熔化范围。
随着熔化的进行，粉末会形成液滴并尽快凝固，形成固态结构。
粉末的熔化和凝固是一个动态的过程，液滴形态的改变与激光参数、粉末性质、熔点等因素密切相关。
在粉末熔融之后，其流动性增强，可以通过调整激光参数和粉末材料的选择，使粉末在激光照射下形成所需的形貌和结构。
最后，我们来讨论激光加工中的粉末熔化行为对加工效果的影响。
粉末的熔化行为对加工过程中的能量传递和物质流动起着重要作用。
粉末的凝固速度和结构紧密性对加工的熔化和成形效果有着直接的影响。
因此，在粉末同轴送入激光加工过程中，需要对激光参数进行精确控制和优化，以实现理想的加工效果。
综上所述，粉末同轴送入激光后的热交互作用及熔化行为是激光加工过程中的关键因素之一。
粉末的热交互作用和熔化行为直接影响到加工效果和成形质量。
因此，在粉末同轴送入激光加工中，需要全面理解粉末和激光之间的热交互作用，优化加工参数，进一步提高加工的质量和效率综合以上论述，粉末在激光照射下的熔化行为对激光加工效果起着重要作用。
激光熔覆熔池检测控制技术的研究进展陈殿炳;邓琦林【摘要】Laser cladding is a new manufacturing technology booming in recent years. Many research have attempted to increase its level of automation and productivity by measuring the molten pool formed in the laser cladding with synchronous powder feeding. The research progress of the molten pool measurement and control technology in recent years is reviewed. Firstly ,various types of measuring equipment and installation methods are introduced. Then the influences of the processing parameters on the molten pool measurement signals and the relationships between the quality of cladding layers and molten pool measurement signals are presented. And then several closed loop control systems based on molten pool measurement technology are discussed. Finally ,based on the current molten pool measurement status,more useful information can still be further obtained to increase the degree of automation and improve productivity in laser cladding.%激光熔覆是近年来蓬勃发展的新型制造技术，很多研究试图从激光熔池的检测入手来提高激光熔覆工艺的自动化程度，进而提高生产效率。
第29卷 第11期光 学 学 报V ol.29,No.112009年11月ACTA OPTICA SINICANovember,2009文章编号:0253-2239(2009)11-3114-07激光熔覆中同轴粉末流温度场的数值模拟杨洗陈 栗 丽 张 烨(天津工业大学激光技术研究所,天津300160)摘要 在激光同轴送粉熔覆中,由于激光与粉末流相互作用,粉末流整体温度分布直接影响激光熔覆的质量。
基于非预混燃烧模型,将激光相处理为连续性介质,粉末颗粒相看作离散相物质,建立了激光作用下粉末流的质量、动量和能量方程。
用Fluent 软件进行了不同激光功率和粉末流速度条件下粉末流整体温度场数值模拟,讨论了各种参数对温度场分布的影响。
为了验证该模型的准确度,利用CCD 比色测温方法测量了粉末流整体温度场分布。
结果表明,数值模拟与CCD 检测结果具有良好的一致性,数值模拟结果对激光熔覆具有指导意义。
关键词 激光熔覆;粉末流;温度场;数值模拟;Fluent 软件;CCD 相机;温度测量中图分类号 T N 249 文献标识码 A doi :10.3788/AOS 20092911.3114Nume rical Simulation of Temperature Fie ld of Coaxial Powder Flowin Lase r CladdingYang Xichen Li Li Zhang Ye(La ser Pr ocessing Cent er ,T ian jin P olytechnic Un iver sit y ,T ia n jin 300160,Chin a )Abstract I n la ser coaxia l cladding,laser casing qualities are directly affected by temperature field of powder flow for the interaction between laser and powers.According to the model of non -premixed c om bustion,regarding laser beam as c ontinuity medium pha se and powder a s disperse medium phase,the conservation equations of mass,m oment um and energy are established in laser and powder puter simulations of tem perature field in different para meters are finished using Fluent software.Some effects of laser c ladding parameters on temperat ure distribution such as laser power and powder flow velocity are discussed.Temperature field distribution in the powder flow is measured by CCD c amera.It is shown that simulation and experimental results agree well,numeric al simulation of temperature field in powder flow is important for laser cladding.Key wo rds la ser cladding;powder flow;temperature field;num eric al simulation;Fluent software;CCD camera;m ea surments temperature收稿日期:2009-07-20;收到修改稿日期:2009-09-28基金项目:国家自然科学基金(60478004)和天津市科技支撑计划重点项目(08ZCKF GX02300)资助课题。
激光熔覆同轴送粉喷嘴的研究状况薛菲;王耀民;刘双宇【摘要】Powder feeding nozzle is used as one of the key components in the powder feeding system which has direct influ-ences on the effect of the laser cladding. With the development of the laser cladding technology, powder feeding nozzle is stud-ied both at home and abroad, so a variety of new powder nozzles are developed to effectively improve the effect of the cladding and powder utilization ratio and reduce the waste. This paper briefly summarizes the domestic and foreign coaxial powder noz-zle progress and powder feeding principle, analyses the existing coaxial powder feeding nozzle status quo, points out the short-comings of the existing powder feed nozzle and proposes that strengthening the powder feed nozzle design is one of the key is-sues of accelerating the laser cladding development, and then the predicts the future development of the coaxial powder feed-ing nozzle.%送粉喷嘴作为送粉系统的关键部件之一，直接影响着激光熔覆的效果。
激光熔覆孔式同轴送粉系统设计及实验研究周余;杨永强;黄延禄【摘要】为了解决送粉激光熔覆系统中因重力作用发生偏聚及水冷效果差等问题,采用以激光束轴心为中心轴圆周均匀分布送粉孔的方法,设计了一系列孔式同轴送粉喷嘴(主要结构包括激光束通道、保护气体通道、水冷通道、气载送粉通道),从而获得良好的粉末流形态,提高送粉激光熔覆的质量.用该系列喷嘴在竖直(90°),60°,30°和水平(0°)等工况下进行粉末汇集性实验,发现粉末汇集效果良好.通过对Ti和Ni粉末、工具钢和等材料进行熔覆实验,送粉系统输送的粉末稳定、均匀,得到的熔覆样品表面光滑、熔覆层组织均匀,熔覆层与基体呈冶金结合.结果表明,孔式同轴送粉系统较好地满足了激光熔覆对送粉喷嘴的要求,并且能用来进行多种元素粉未的材料合成.所开发的送粉系统适用于材料表面改性和熔覆3维制造.%To solve the problems of unsatisfied water-cooling and deposit deviation induced by gravity during laser cladding, a series of feeding nozzles distributed radially and symmetrically was designed to obtain satisfied powder stream and improve cladding quality (the main structure including laser beam routeway, shielding gas routeway, water-cooling routeway and gas feeding routeway).It was found that the powder pooling was satisfied during experiments conducted under conditions that the angles between the nozzle and horizontal plane were 90°, 60°, 30 °and 0° respectively.Some experiments were also conducted adopting powders of Ti, Ni and tool steel respectively.Powders were fed stably and uniformly during experiments.The cladding samples with smooth surface and homogeneous microstructure were metallurgically bonded with thesubstrate.Experimental results show that the nozzles are satisfactory for powder feeding in laser cladding and can be used for material synthesis of powders.The system is suit for surface modification and 3-D solid fabrication.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2011(035)001【总页数】4页(P102-105)【关键词】激光技术;激光熔覆;同轴送粉;粉末流【作者】周余;杨永强;黄延禄【作者单位】华南理工大学,机械与汽车工程学院,广州,510640;华南理工大学,机械与汽车工程学院,广州,510640;华南理工大学,机械与汽车工程学院,广州,510640【正文语种】中文【中图分类】TG156.99引言激光熔覆技术是20世纪70年代随着大功率激光器的发展而兴起的一种表面改性技术。
