多维高频振动对激光熔覆成形几何形貌的影响研究

作者：俞晓文; 姚喆赫^*; 张操棋; 邢飞; 姚建华; 聂艳斌

来源：表面技术, 2020, 49(10): 286-315.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.10.033

• 激光熔覆
• 多维振动
• 几何形貌
• 润湿角
• 气孔
• 数值模拟

目的面向激光表面改性及再制造发展需求,针对激光熔覆过程控形问题,揭示多维振动对激光熔覆涂层几何形貌及多道搭接成形质量的作用机制。方法开展多维振动辅助激光熔覆成形316L涂层实验研究,对单道及多道激光熔覆层横截面形貌进行分析。采用多物理场有限元分析软件,建立多维振动辅助激光熔覆成形模型,并分析熔覆层表层温度梯度。结果数值模拟表明,施加二维振动后,熔池表面流速提高了31.00%,表面流速的提高促进了熔池向外扩展,最高温度梯度减小39.08%,熔覆层横截面几何形貌因温度和流速的变化发生了明显改变。实验结果表明,相比于无振动作用,在一维、二维、三维振动作用下,熔高分别减小了18.97、33.94、44.50μm,熔宽分别增加了27.70、36.90、63.34μm,润湿角最高降低了23.42%。在多道搭接过程中,润湿角增大到某一阈值时,部分搭接区域因吸收激光能量不足而使该处不发生熔化,粉末熔化后难以完全填充角落,致使激光多道熔覆时的熔覆层底部产生气孔,成形质量降低。施加多维振动通过降低润湿角,可以减小多道熔覆中的气孔发生率。结论多维振动通过影响温度梯度有效改善了熔覆层的润湿性,减少了熔覆层气孔的发生率,提高了熔覆层的成形质量。

• 单位
  南京中科煜宸激光技术有限公司; 浙江大学; 浙江工业大学