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1. 引言1.1 本课题的研究背景及意义激光熔覆技术（Laser cladding technology）是指在被涂覆机体表面上，以不同的添料方式放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和机体表面薄层同时熔化，快速凝固后形成稀释度极低、与基体材料成冶金结合的涂层，从而显著改善机体材料表面耐磨、耐热、耐蚀、抗氧化等性能的工艺方法[1]。
按涂层材料的添加方式不同，激光熔覆技术可分为预置法和同步送粉法，如图1所示。
激光熔覆技术因具有应用灵活、耗能小，热输入量低、引起的热变形小，不需要后续加工或加工量小，减少公害等优点，近年来已在材料表面改性上受到高度重视[2]。
特别是上个世纪80年代以来，该技术得到了很大进步和发展。
激光熔覆的最终目的是改善材料的使用性能，使其更好地满足使用要求。
与堆焊、热喷涂和等离子喷焊等表面改性技术相比，激光熔覆具有下述优点：（1）熔覆层晶粒细小，结构致密，因而硬度一般较高，耐磨、耐蚀等性能亦更为优异；（2）熔覆层稀释率低,由于激光作用时间短，基材的熔化量小，对熔覆层的冲淡率低（一般仅为5％-8%），因此可在熔覆层较薄的情况下获得所要求的成分与性能，节约昂贵的覆层材；（3）激光熔覆热影响区小，工件变形小，熔覆成品率高；（4）激光熔覆过程易实现自动化生产，覆层质量稳定，如在熔覆过程中熔覆厚度可实现连续调节，这在其他工艺中是难以实现的。
由于激光熔覆的上述优点，它在航空、航天乃至民用产品工业领域中都有较广阔的应用前景，已成为当今材料领域研究和开发的热点。
图1.1 激光熔覆原理示意图1.2 本课题国内外研究现状激光熔覆技术的发展当然离不开激光器。
目前，激光器主要有3种：CO2激光器、YAG 固体激光器和准分子激光器。
国内外常用于激光熔敷的激光器主要有两种：一种是输出功率为0.5-10KW的CO2气体激光器，另一种是输出功率为500W左右的YAG固体激光器。
其中工业上用来进行表面改性的多为CO2大功率激光器。
激光直接制造技术—激光熔覆技术的系统构成经过近50年的发展，激光熔覆技术已日臻成熟，熔覆设备也得到很大改善；根据激光熔覆原理，原则上只要有激光器、工作平台、供料装置，就可以组成一个基本的激光系统；在上述构建的系统中，送粉装置输送金属粉末，在激光器产生的激光作用下，配合工作台运动，便可进行激光熔覆。
首先来看：激光器。
一个完整的激光器除了它的光源部分：激光发生器以外；还需要：电源部分，以及控制部分和冷却部分；一般激光发生器外还需要配有光路传输装置；由发生器产生的激光经光路整形、聚焦后到达工件；激光器对电源的要求相当严格，要求电源能提供一个平稳的电流或电压；激光控制器主要用于控制激光器的各输出参数，从而控制激光输出能量；由于激光器的转换效率较低，一般都低于50%，大部分都转变为热能；因此，为保证激光器的正常运行，必须配冷却装置——水冷机。
再来看工作平台：激光熔覆设备，需要一个工作平台用于安装被修复的零件，还需数控系统控制激光束或零件的相对运动，从而完成工作；工作平台的选择与熔覆工件有很大关系，大尺寸的轴类、轧辊就要安装大尺寸的平台上；灵活性要求较高的工况，则可以把激光输出头安装在工业机器人上。
最后看送粉装置：激光熔覆按熔覆材料添加方式可分为两大类：预置式激光熔覆、同步送粉式激光熔覆；实际工业应用中一般都采用同步送粉式激光熔覆，这就需要配备一套送粉机构；主要包括：送粉器、送粉喷嘴。
送粉装置的选择原则是：能够提供均匀、稳定的粉末流输送。
张健
浙江工贸职业技术学院
1。
激光熔覆设备结构
激光熔覆设备是一种高精度的加工设备，广泛应用于航空航天、汽车
制造、电子、医疗等领域。
其结构主要包括激光发生器、光束传输系统、加工平台、控制系统等部分。
激光发生器是激光熔覆设备的核心部分，其主要作用是产生高能量密
度的激光束。
激光发生器通常采用固态激光器、半导体激光器或气体
激光器等，不同类型的激光器具有不同的特点和应用范围。
光束传输系统是将激光束从激光发生器传输到加工平台的部分。
光束
传输系统通常由准直器、反射镜、透镜等组成，其主要作用是将激光
束聚焦到加工点上，以实现高精度的加工。
加工平台是激光熔覆设备的工作台，其主要作用是固定待加工的工件，并控制其在加工过程中的运动轨迹。
加工平台通常由机械臂、转台、
滑台等组成，不同类型的加工平台具有不同的加工范围和精度。
控制系统是激光熔覆设备的大脑，其主要作用是控制激光发生器、光
束传输系统和加工平台等部分的运行。
控制系统通常由计算机、控制器、传感器等组成，其精度和稳定性对激光熔覆设备的加工效果和质
量具有重要影响。
总之，激光熔覆设备的结构是一个复杂的系统工程，其各部分之间相互协调、相互作用，共同实现高精度的加工。
随着科技的不断进步和应用的不断拓展，激光熔覆设备的结构也将不断优化和完善，为各行各业的生产制造提供更加高效、精准的加工解决方案。
光纤熔接机内部结构1.光纤对准模块光纤对准模块是保证熔接质量的关键部分，它主要包括光纤定位装置和光纤跟踪系统。
光纤定位装置通过光纤V-groove或者光纤活塞等方式，将待熔接的两根光纤正确位置固定，以确保光纤的精确对准。
光纤跟踪系统可以通过观察光纤端面图像的变化来实时调整光纤位置，使其保持在最佳对准状态。
2.熔接芯片模块熔接芯片模块是光纤熔接机内部的核心部分，它主要由熔接腔、电极和温度控制系统组成。
熔接腔是光纤放置的区域，一般使用陶瓷材料制成，具有良好的高温抗性和导热性能。
电极则用于加热和融化光纤，通常由钨合金或钨铼合金制成，并具有较高的熔点和稳定的电性能。
温度控制系统可以根据需要调节熔接腔的温度，保持在适宜的范围内，以实现高质量的熔接。
3.定位装置模块定位装置模块主要用于准确控制光纤的端面质量，它包括切割刀和研磨装置。
切割刀一般用于截断光纤，以获得平滑的断面。
研磨装置则用于将截断好的光纤端面进行研磨，以去除毛刺和污染物，确保光纤连接的质量。
4.气压控制系统气压控制系统主要用于控制熔接机内气压的稳定，保证熔接操作过程中的环境稳定和操作的可靠性。
气压控制系统一般由气缸、气嘴和压力控制器组成，通过控制压力传感器检测到的气压数值，自动调节气缸的工作状态，以保持稳定的气压。
除上述主要模块外，光纤熔接机还包含了显示屏、控制面板和电源等辅助功能模块。
显示屏用于显示熔接参数、工作状态和故障信息等，以便操作员实时掌握设备的运行情况。
控制面板则用于设置和调整熔接参数，如温度、时间等。
电源则提供设备所需的电力供应。
总结起来，光纤熔接机的内部结构主要由光纤对准模块、熔接芯片模块、定位装置模块、气压控制系统以及显示屏、控制面板和电源等辅助功能模块组成。
这些模块共同配合，实现对光纤的精确对准、熔接和连接的功能。
第1篇一、引言激光熔覆技术是一种高效、环保的表面处理技术，广泛应用于航空航天、汽车制造、能源等领域。
本次实训旨在让学生了解激光熔覆技术的基本原理、工艺参数、设备操作及质量控制等方面的知识，提高学生的实际操作能力和工程应用能力。
二、实训目的1. 熟悉激光熔覆技术的基本原理、工艺参数和设备操作；2. 掌握激光熔覆工艺的质量控制方法；3. 提高学生的实际操作能力和工程应用能力；4. 拓宽学生的知识面，培养创新精神和实践能力。
三、实训内容1. 激光熔覆技术的基本原理激光熔覆技术是利用高功率密度的激光束将熔覆材料快速熔化，并在基体表面形成一层具有特定性能的熔覆层。
熔覆层与基体之间形成冶金结合，具有优异的耐磨、耐腐蚀、抗氧化等性能。
2. 激光熔覆工艺参数激光熔覆工艺参数主要包括激光功率、扫描速度、扫描间距、熔覆材料厚度等。
这些参数对熔覆层的质量有重要影响。
3. 激光熔覆设备操作本次实训使用的激光熔覆设备为国产激光熔覆机，主要包括激光发生器、激光束传输系统、熔覆材料供给系统、控制系统等。
实训过程中，学生需掌握设备的操作流程、注意事项以及故障排除方法。
4. 激光熔覆工艺质量控制激光熔覆工艺质量控制主要包括以下几个方面：（1）熔覆材料的质量控制：选用合适的熔覆材料，确保其性能符合要求。
（2）激光功率和扫描速度的优化：通过实验确定最佳工艺参数，提高熔覆层的质量。
（3）熔覆层的表面质量检测：采用金相显微镜、扫描电镜等手段检测熔覆层的表面质量。
（4）熔覆层的力学性能检测：通过拉伸试验、冲击试验等手段检测熔覆层的力学性能。
四、实训过程1. 实训准备实训前，学生需了解激光熔覆技术的基本原理、工艺参数和设备操作，并熟悉实训过程中可能遇到的故障及排除方法。
2. 实训操作（1）设备操作：学生按照操作规程，完成激光熔覆设备的启动、调试、运行等工作。
（2）熔覆材料准备：根据实验要求，准备合适的熔覆材料，并确保其质量符合要求。
（3）工艺参数设置：根据实验要求，设置激光功率、扫描速度、扫描间距等工艺参数。
激光熔覆设备结构激光熔覆设备是一种先进的表面处理装备，广泛应用于航空航天、汽车制造、能源行业等领域。
它能够通过激光的热能，将金属粉末快速熔化并喷射到工件表面，形成一层坚固的保护层或修复层。
这种设备的结构设计非常重要，它直接影响着设备的性能和使用效果。
激光熔覆设备主要由以下几个部分组成：1. 激光源：激光源是激光熔覆设备的核心部件，它产生高能量激光束。
目前常用的激光源有光纤激光源、二氧化碳激光源等。
激光源的选择应根据熔覆材料的特性和要求来确定。
2. 光学系统：光学系统是将激光束聚焦到工件表面的关键部分。
它由凸透镜、反射镜、扫描镜等组成。
光学系统的设计要保证激光束的聚焦精度和稳定性，以确保熔覆质量。
3. 粉末供给系统：粉末供给系统是将金属粉末输送到熔覆区域的装置。
它包括粉末喷嘴、粉末供给器等。
粉末供给系统的设计要保证粉末的均匀喷射和稳定供给，以获得一致的熔覆效果。
4. 控制系统：控制系统是激光熔覆设备的大脑，负责控制设备的运行和参数设置。
它包括计算机控制器、运动控制卡等。
控制系统的设计要简单易用，操作人员能够方便地进行参数调整和设备控制。
5. 工作台：工作台是放置工件的平台，用于支撑和固定工件。
工作台的设计要考虑到工件的尺寸、形状和重量，保证工件在熔覆过程中的稳定性和精度。
6. 气体保护系统：气体保护系统用于在熔覆过程中提供保护气体，防止熔覆区域氧化和污染。
常用的保护气体有氩气、氮气等。
气体保护系统的设计要保证气体的纯净度和流量的控制。
以上是激光熔覆设备的主要结构部分，不同厂家和型号的设备可能会有所差异。
除了上述部分，还可能包括冷却系统、除尘系统、安全防护系统等。
这些附加系统的设计都是为了提高设备的稳定性和安全性。
激光熔覆设备结构的设计直接影响着设备的性能和使用效果。
一个优秀的设备结构能够提高熔覆质量、降低能耗、提高生产效率。
因此，在开发和使用激光熔覆设备时，需要充分考虑结构设计的合理性和实用性，以满足不同应用领域的需求。
激光熔覆层组织观察及硬度测定实验目的激光熔覆层是一种特种材料表面加工技术，通常应用于提高材料表面性能。
然而，研究激光熔覆层的组织特征和硬度测定是十分必要的。
本文将就激光熔覆层的组织特征和硬度测定进行详细介绍。
一、激光熔覆层组织特征
激光熔覆层的组织结构是由光束的熔化作用形成的。
熔化后，来自塑性变形区域的金属流动使得形成的覆盖层具有精密晶粒和高致密度。
激光熔覆层的组织特征还取决于使用的熔化材料。
例如，采用合金化激光熔覆，可以在熔化后得到具有细小晶粒和均匀分布的强化相的合金层。
此外，采用纳米级陶瓷粉末的激光熔覆，可以形成具有高度定向晶体结构的纳米瓷涂层。
因此，通过控制熔覆条件和材料，可以实现具有多种特殊性质的激光熔覆层。
二、激光熔覆层硬度测定
硬度测定是评估激光熔覆层质量和性能的主要方法之一。
硬度能反映出材料的抗压缩、抗钝化、耐磨损、抗疲劳等基本性能。
一般来说，硬度测定可以通过拉伸试验、压缩试验、显微压痕、
针形压痕等多种方法进行。
其中，显微压痕法是目前应用更广泛的方法，可以在线进行硬度
测试，并且可以测量不同区域（如表面层与内部层）的硬度。
同时，硬度测定也可以和微观组织的分析相结合，对激光熔覆层
的结构性能进行研究。
总的来说，通过对激光熔覆层的组织以及硬度的测量，可以为材
料加工、裂纹防护、耐蚀、表面润滑等领域的材料设计提供重要参考。
实验目的1、熟悉激光熔覆的概念、特性和基本方法；2、了解激光熔覆所涉及的激光器、加工机床、送粉器和喷嘴；3、用侧向送粉法在45钢表面进行镍基合金的激光熔覆，优化工艺参数获得良好的熔覆层；4、测量熔覆曾的尺寸，观察显微组织。
实验内容1. 采用侧向送粉法进行激光熔覆实验，基体材料为45钢，熔覆材料为NiCrSiB合金粉末；2. 改变激光功率、光斑大小、扫描速度和送分量，得到不同尺寸的熔覆层，优化参数得到外观饱满光洁的熔覆层；3. 测试熔覆曾的外形尺寸，总结熔覆层外形与工艺参数的关系，观察熔覆层的显微组织。
4.实验原理激光熔覆是一种基于高能激光束的先进涂层制备技术。
用高能激光束局部融化材料的表面薄层形成熔池、同时向熔池中添加一种或几种合金混合粉末，形成与基体牢固冶金结合的高性能涂层，涂层材料自成冶金体系，基体对涂层的稀释率很低，能够在保持基体材料韧性的同时有目的的实现局部表面的高耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化等多种性能，最大限度的实现材料表面与整体、强度与柔韧的良好有机结合，是近些年来材料和激光加工领域的研究前沿。
激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。
预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描熔化，熔覆材料以粉、丝、板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。
同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。
熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用线材或板材进行同步送料。
预置式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---预置熔覆材料---预热---激光熔化---后热处理。
同步式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---送料激光熔化---后热处理。
按工艺流程，与激光熔覆相关的工艺主要是基材表面预处理方法、熔覆材料的供料方法、预热和后热处理。
实验设备和材料YLS-2000（IPG）光纤激光器、45钢板材（40╳60╳15），Ni基合金粉末。
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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第1篇一、实验背景光纤熔接是光纤通信系统中至关重要的技术环节，其质量直接影响到整个系统的传输性能和可靠性。
本实验旨在通过实际操作，使学生了解光纤熔接的原理、步骤和注意事项，掌握光纤熔接的基本技能。
二、实验目的1. 了解光纤熔接的基本原理和操作步骤。
2. 掌握光纤熔接机的使用方法。
3. 学会光纤剥皮、切割、熔接等基本操作。
4. 提高对光纤熔接质量的要求和判断能力。
三、实验原理光纤熔接是利用高温将两根光纤的端面熔化，使其紧密结合，从而实现光纤的连接。
实验中使用的熔接机通过电弧放电产生高温，使光纤端面熔化，然后通过机械夹具将两根光纤紧密对接。
四、实验器材1. 光纤熔接机2. 光纤切割刀3. 光纤剥线钳4. 热缩套管5. 酒精棉球6. 卫生纸7. 光纤终端盒8. 剪刀9. 光纤配线架（ST耦合器、SC耦合器）10. 红光笔五、实验步骤1. 光纤剥皮：将光缆一端剥去约10cm的保护层，保留适量的加强芯，以便光缆连接至接续盒。
2. 光纤固定：将剥好的光缆固定在接头盒的固定器材上，确保牢固，加强芯90度弯曲，防止拉扯损伤纤芯。
3. 光纤切割：使用光纤切割刀将光纤切割成所需的长度，确保端面平整。
4. 光纤熔接：将切割好的光纤插入熔接机的槽中，调整好位置，启动熔接程序。
5. 光纤对接：将熔接好的光纤从熔接机中取出，检查端面质量，确保熔接牢固。
6. 光纤保护：将熔接好的光纤用热缩套管进行保护，防止外界因素对光纤造成损伤。
六、实验结果与分析1. 实验过程中，严格按照操作步骤进行，确保了光纤熔接的质量。
2. 通过观察熔接好的光纤端面，发现端面平整、无杂质，熔接牢固。
3. 在实验过程中，发现以下几点注意事项：（1）光纤剥皮时，要注意保护光纤，避免损伤。
（2）光纤切割时，要确保切割面平整，无毛刺。
（3）熔接过程中，要注意调整光纤位置，确保熔接牢固。
（4）熔接后，要及时用热缩套管进行保护，防止外界因素对光纤造成损伤。
七、实验结论通过本次实验，我们掌握了光纤熔接的基本原理、操作步骤和注意事项。
