CN103060798A - 一种自动控制激光－感应复合熔覆涂层几何形貌的方法 - Google Patents

一种自动控制激光－感应复合熔覆涂层几何形貌的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103060798A
CN103060798A CN2013100236363A CN201310023636A CN103060798A CN 103060798 A CN103060798 A CN 103060798A CN 2013100236363 A CN2013100236363 A CN 2013100236363A CN 201310023636 A CN201310023636 A CN 201310023636A CN 103060798 A CN103060798 A CN 103060798A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
thickness
width
coating
coat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2013100236363A
Other languages
English (en)
Inventor
戴晓琴
周圣丰
颜超
刘勇
邵志松
王春霞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanchang Hangkong University
Original Assignee
Nanchang Hangkong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanchang Hangkong University filed Critical Nanchang Hangkong University
Priority to CN2013100236363A priority Critical patent/CN103060798A/zh
Publication of CN103060798A publication Critical patent/CN103060798A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

一种自动控制单道激光－感应复合熔覆涂层几何形貌的方法，该方法的特点是：（1）根据单道激光－感应复合熔覆涂层的横截面为半椭圆形，涂层宽度为激光光斑直径D的85%；（2）采用激光测厚仪与激光测宽仪在线实时测量单道激光－感应复合熔覆涂层的厚度与宽度；（3）当计算的涂层厚度、宽度与实时测量的涂层厚度、宽度之间的相对误差大于1.0%时。因此，本发明的方法能够快速选择优化的工艺参数，实现涂层几何形貌的自动控制，大幅度减少实际生产中的工艺探索实验工作量，具有降低生产成本，减小后序机械加工量，提高生产效率以及高精度与高自动化程度等优点。

Description

一种自动控制激光-感应复合熔覆涂层几何形貌的方法
技术领域
本发明涉及一种复合熔覆涂层几何形貌的方法，尤其涉及一种自动控制激光－感应复合熔覆涂层几何形貌的方法。
背景技术
近年来，可以在高效率条件下，将涂层内的热应力降低到最小程度，从而制备高性能的无裂纹涂层的激光－感应复合熔覆技术（Shengfeng Zhou，Yongjun Huang，Xiaoyan Zeng. Microstructure characteristics of Ni-based WC composite coatings by laser induction hybrid rapid cladding. Materials Science and Engineering: A, 2008, 480 (1-2)：564-572）在关键零部件的表面强化与修复以及快速造等领域具有广阔的应用前景，引起了人们的广泛关注。但是，在激光－感应复合熔覆过程中，由于感应加热源的引入，使工艺参数对熔覆层质量的影响因素增加，根据涂层几何形貌与性能的要求，如何快速且合理地选择复合熔覆工艺参数成为制备高质量激光－感应复合熔覆涂层的关键。其中，涂层几何形貌的计算方法对选择与调节激光－感应复合熔覆工艺参数、控制涂层性能具有十分重要的意义。在单纯激光熔覆过程中，Lalas等人（C. Lalas, K. Tsirbas, K. Salonitis, et al. An analytical model of the laser clad geometry. The International Journal of Advanced manufacturing Technology, 2007, 32 (1-2): 34-41）建立了Ni基合金涂层厚度的计算方法，利用该方法计算涂层厚度的最小误差为22%，并且随着激光扫描速度的增加，误差逐渐增加，显然该计算涂层厚度的方法并不适合于激光扫描速度高达3000 mm/min（约是单纯激光熔覆激光扫描速度的5倍）的激光－感应复合熔覆技术，而且不能有效地在线自动控制激光熔覆涂层的几何形貌。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动控制激光－感应复合熔覆涂层几何形貌的方法。本发明是这样来实现的，其方法与步骤为：
（1）计算单道激光－感应复合熔覆涂层的几何形貌：
1）在单道激光－感应复合熔覆过程中，调节激光功率与感应加热温度，使激光扫描速度Vs为900~5000 mm/min时，涂层的稀释率小于10%；
2）单道激光－感应复合熔覆涂层宽度W主要受激光光斑直径D的影响，为激光光斑直径D的85%；
3）激光－感应复合熔覆所用合金粉末由i种组元构成，由合金粉末中i组元的密度                                                与体积
Figure 777232DEST_PATH_IMAGE002
计算合金粉末的平均密度
Figure 977794DEST_PATH_IMAGE003
；
4）对于单位时间内获得的激光－感应复合熔覆涂层厚度H而言，将激光－感应复合熔覆过程中已知的工艺参数以及步骤（2）与（3）中计算所得的涂层宽度W与合金粉末的平均密度代入公式
Figure 104199DEST_PATH_IMAGE005
中，即可计算单道激光－感应复合熔覆涂层厚度H与宽度W，所述的已知工艺参数为自动送粉器的送粉率
Figure 2753DEST_PATH_IMAGE006
、合金粉末利用率
Figure 805624DEST_PATH_IMAGE007
、激光扫描速度Vs、激光光斑直径D、合金粉末i组元的密度
Figure 131432DEST_PATH_IMAGE001
与体积
Figure 836565DEST_PATH_IMAGE002
。
（2）采用激光测厚仪与激光测宽仪在线实时测量制备的单道激光－感应复合熔覆涂层厚度H与宽度W，并将计算的涂层厚度H、宽度W与实时测量的涂层厚度Ht、宽度Wt进行对比；
（3）检测计算的涂层厚度H、宽度W与实时测量的涂层厚度Ht、宽度Wt之间的相对误差是否大于1.0%，如果是，利用激光－感应复合熔覆系统的数控装置调节激光－感应复合熔覆工艺参数，对计算的单道激光－感应复合熔覆涂层厚度H与宽度W进行修正；否则，固定激光－感应复合熔覆工艺参数。
本发明所述的单道激光－感应复合熔覆涂层几何形貌为涂层厚度、涂层宽度与涂层横截面面积，所述的涂层横截面为半椭圆形，计算所得的单道激光－感应复合熔覆涂层厚度
Figure 210914DEST_PATH_IMAGE008
，计算的单道激光－感应复合熔覆涂层宽度W=0.85·D，计算的单道激光－感应复合熔覆涂层的横截面面积
Figure 133871DEST_PATH_IMAGE009
。
本发明在进行所述的步骤（3）时，如果计算的涂层厚度H大于实时测量的涂层厚度Ht或计算的涂层宽度W小于实时测量的涂层宽度Wt，而且计算的涂层厚度H与实时测量的涂层厚度Ht之间或计算的涂层宽度W与实时测量的涂层宽度Wt之间的相对误差大于1.0%，减小激光功率P或减小送粉率
Figure 568263DEST_PATH_IMAGE006
或增加激光扫描速度Vs。
本发明在进行所述的步骤（3）时，如果计算的涂层厚度H小于实时测量的涂层厚度Ht或计算的涂层宽度W大于实时测量的涂层宽度Wt，而且计算的涂层厚度H与实时测量的涂层厚度Ht之间或计算的涂层宽度W与实时测量的涂层宽度Wt之间的相对误差大于1.0%，增加激光功率P或增加送粉率
Figure 825938DEST_PATH_IMAGE006
或减小激光扫描速度Vs。
本发明所述的激光测厚仪与激光测宽仪可以在线实时测量单道激光－感应复合熔覆涂层厚度与宽度，以及与激光－感应复合熔覆系统的数控装置进行串口通讯，实现数控装置对激光－感应复合熔覆工艺参数的在线调节与监控。
本发明的优点是：（1）根据激光－感应复合熔覆工艺参数，可以快速地计算所获得的涂层厚度与宽度；反之，根据所要求的涂层厚度与宽度，可以快速地选择合适的激光－感应复合熔覆工艺参数。（2）采用该方法计算单道激光－感应复合熔覆涂层厚度与宽度的误差较小，且随着激光扫描速度的增加，误差逐渐减小。（3）能够快速选择优化的工艺参数，实现涂层几何形貌的自动控制，大幅度减少实际生产中的工艺探索实验工作量，降低生产成本，减小后序机械加工量，提高生产效率，以及精度高与自动化程度高等特点。
具体实施方式
实施例1
采用单道激光－感应复合熔覆的方法制备Ni基WC涂层，所使用的激光－感应复合熔覆工艺如下：激光功率P为2.5 kW，激光扫描速度Vs为900 mm/min，激光光斑直径D为6 mm，自动送粉器的送粉率
Figure 817028DEST_PATH_IMAGE006
为52.24 g/min，涂层稀释率为5%：所使用的合金粉末由80wt.% Ni基合金粉末与20wt.%WC颗粒组成，其中，Ni基合金粉末的密度为7.83g/cm3，WC颗粒的密度为15.6 g/cm3。
采用该方法计算单道激光－感应复合熔覆的涂层厚度为1.33mm，实测的涂层厚度为1.2mm，相对误差为10.8%；计算的涂层宽度为5.10 mm，实测的涂层宽度5.05 mm，相对误差为0.99%。经自动调节激光－感应复合熔覆工艺参数后，计算的涂层厚度与宽度分别为1.18 mm与5.1 mm，实测的涂层厚度与宽度分别为1.19 mm与5.09 mm，相对误差分别为0.8%与0.2%。
实施例2
采用单道激光－感应复合熔覆的方法制备Ni基WC涂层，所使用的激光－感应复合熔覆工艺如下：激光功率P为3 kW，激光扫描速度Vs为2000 mm/min，激光光斑直径D为5 mm，自动送粉器的送粉率
Figure 846688DEST_PATH_IMAGE006
为52.24 g/min，涂层稀释率为6.5%：所使用的合金粉末由80wt.% Ni基合金粉末与20wt.%WC颗粒组成，其中，Ni基合金粉末的密度为7.83g/cm3，WC颗粒的密度为15.6 g/cm3。
采用该方法计算单道激光－感应复合熔覆的涂层厚度为0.6mm，实测的涂层厚度为0.58，相对误差为3.4%；计算的涂层宽度为4.25mm，实测的涂层宽度4.35mm，相对误差为2.3%。经自动调节激光－感应复合熔覆工艺参数后，计算的涂层厚度与宽度分别为0.58mm与4.25mm，实测的涂层厚度与宽度分别为0.585 mm与4.26 mm，相对误差分别为0.85%与0.23%。
实施例3
采用单道激光－感应复合熔覆的方法制备Ni基WC涂层，所使用的激光－感应复合熔覆工艺如下：激光功率P为5 kW，激光扫描速度Vs为3000 mm/min，激光光斑直径D为6 mm，自动送粉器的送粉率
Figure 265031DEST_PATH_IMAGE006
为82.67 g/min，涂层稀释率为8.5%：所使用的合金粉末由80wt.% Ni基合金粉末与20wt.%WC颗粒组成，其中，Ni基合金粉末的密度为7.83g/cm3，WC颗粒的密度为15.6 g/cm3。
采用该方法计算单道激光－感应复合熔覆涂层厚度为0.73mm，实测为0.7mm，相对误差为4.3%；计算的涂层宽度为5.10 mm，实测的涂层宽度5.07 mm，相对误差为0.59%。经自动调节激光－感应复合熔覆工艺参数后，计算的涂层厚度与宽度分别为0.78mm与5.10mm，实测的涂层厚度与宽度分别为0.783 mm与5.14 mm，相对误差分别为0.38%与0.78%。

Claims (5)

1.一种自动控制激光－感应复合熔覆涂层几何形貌的方法，其特征是方法与步骤为：
（1）计算单道激光－感应复合熔覆涂层的几何形貌：
1）在单道激光－感应复合熔覆过程中，调节激光功率与感应加热温度，使激光扫描速度Vs为900~5000 mm/min时，涂层的稀释率小于10%；
2）单道激光－感应复合熔覆涂层宽度W主要受激光光斑直径D的影响，为激光光斑直径D的85%；
3）单道激光－感应复合熔覆所用合金粉末由i种组元构成，由合金粉末中i组元的密度                                                
Figure 86891DEST_PATH_IMAGE001
与体积
Figure 130939DEST_PATH_IMAGE002
计算合金粉末的平均密度
Figure 762909DEST_PATH_IMAGE003
；
4）对于单位时间内获得的激光－感应复合熔覆涂层厚度H而言，将单道激光－感应复合熔覆过程中已知的工艺参数以及2）与3）中计算所得的涂层宽度W与合金粉末的平均密度
Figure 601421DEST_PATH_IMAGE004
代入公式中，即可计算单道激光－感应复合熔覆涂层厚度H与宽度W，所述的已知工艺参数为自动送粉器的送粉率
Figure 169510DEST_PATH_IMAGE006
、合金粉末利用率
Figure 718303DEST_PATH_IMAGE007
、激光扫描速度Vs、激光光斑直径D、合金粉末i组元的密度
Figure 930979DEST_PATH_IMAGE001
与体积
Figure 198012DEST_PATH_IMAGE002
；
（2）采用激光测厚仪与激光测宽仪在线实时测量单道激光－感应复合熔覆涂层厚度H与宽度W，并将计算的涂层厚度H、宽度W与实时测量的涂层厚度Ht、宽度Wt进行对比；
（3）检测计算的涂层厚度H、宽度W与实时测量的涂层厚度Ht、宽度Wt之间的相对误差是否大于1.0%，如果是，利用激光－感应复合熔覆系统的数控装置调节激光－感应复合熔覆工艺参数，对计算的单道激光－感应复合熔覆涂层厚度H与宽度W进行修正；否则，固定激光－感应复合熔覆工艺参数。
2.根据权利要求1所述的一种自动控制单道激光－感应复合熔覆涂层几何形貌的方法，其特征在于单道激光－感应复合熔覆涂层的横截面为半椭圆形，计算的单道激光－感应复合熔覆涂层厚度，计算的单道激光－感应复合熔覆涂层宽度W=0.85·D。
3.根据权利要求1所述的一种自动控制单道激光－感应复合熔覆涂层几何形貌的方法，其特征在于进行所述的步骤（3）时，当计算的涂层厚度H大于实时测量的涂层厚度Ht或计算的涂层宽度W小于实时测量的涂层宽度Wt，计算的涂层厚度H与实时测量的涂层厚度Ht之间或计算的涂层宽度W与实时测量的涂层宽度Wt之间的相对误差大于1.0%时，减小激光功率P或减小送粉率
Figure 924845DEST_PATH_IMAGE006
或增加激光扫描速度Vs。
4.根据权利要求1所述的一种自动控制单道激光－感应复合熔覆涂层几何形貌的方法，其特征在于进行所述的步骤（3）时，当计算的涂层厚度H小于实时测量的涂层厚度Ht或计算的涂层宽度W大于实时测量的涂层宽度Wt，计算的涂层厚度H与实时测量的涂层厚度Ht之间或计算的涂层宽度W与实时测量的涂层宽度Wt之间的相对误差大于1.0%时，增加激光功率P或增加送粉率或减小激光扫描速度Vs。
5.根据权利要求1所述的一种自动控制单道激光－感应复合熔覆涂层几何形貌的方法，其特征在于激光测厚仪与激光测宽仪可以在线实时测量单道激光－感应复合熔覆涂层厚度与宽度，以及与激光－感应复合熔覆系统的数控装置进行串口通讯，实现数控装置对激光－感应复合熔覆工艺参数的在线调节与监控。
CN2013100236363A 2013-01-23 2013-01-23 一种自动控制激光－感应复合熔覆涂层几何形貌的方法 Pending CN103060798A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013100236363A CN103060798A (zh) 2013-01-23 2013-01-23 一种自动控制激光－感应复合熔覆涂层几何形貌的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013100236363A CN103060798A (zh) 2013-01-23 2013-01-23 一种自动控制激光－感应复合熔覆涂层几何形貌的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103060798A true CN103060798A (zh) 2013-04-24

Family

ID=48103685

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2013100236363A Pending CN103060798A (zh) 2013-01-23 2013-01-23 一种自动控制激光－感应复合熔覆涂层几何形貌的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103060798A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103695901A (zh) * 2013-12-27 2014-04-02 中国科学院半导体研究所 消除多道激光熔覆搭接孔洞的方法
CN106623930A (zh) * 2016-12-26 2017-05-10 西安电子科技大学 一种喷墨打印的激光烧结固化方法
CN110360948A (zh) * 2019-07-09 2019-10-22 大连理工大学 一种激光熔覆层及熔池形貌表征方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101694582A (zh) * 2001-11-17 2010-04-14 株式会社Insstek 实时监测和控制淀积高度的方法和系统
CN102304712A (zh) * 2011-09-26 2012-01-04 苏州大学 一种基于激光铣削的激光熔覆快速精密制造方法及装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101694582A (zh) * 2001-11-17 2010-04-14 株式会社Insstek 实时监测和控制淀积高度的方法和系统
CN102304712A (zh) * 2011-09-26 2012-01-04 苏州大学 一种基于激光铣削的激光熔覆快速精密制造方法及装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AHMAD MOZAFFARI, ET AL.: "Optimal design of laser solid freeform fabrication system and real-time prediction of melt pool geometry using intelligent evolutionary algorithms", 《APPLIED SOFT COMPUTING》 *
SHENGFENG ZHOU, ET AL.: "Analytical modeling and experimental investigation of laser induction hybrid rapid cladding for Ni-based WC composite coatings", 《OPTICS & LASERTECHNOLOGY》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103695901A (zh) * 2013-12-27 2014-04-02 中国科学院半导体研究所 消除多道激光熔覆搭接孔洞的方法
CN103695901B (zh) * 2013-12-27 2016-01-20 中国科学院半导体研究所 消除多道激光熔覆搭接孔洞的方法
CN106623930A (zh) * 2016-12-26 2017-05-10 西安电子科技大学 一种喷墨打印的激光烧结固化方法
CN106623930B (zh) * 2016-12-26 2019-04-30 西安电子科技大学 一种喷墨打印的激光烧结固化方法
CN110360948A (zh) * 2019-07-09 2019-10-22 大连理工大学 一种激光熔覆层及熔池形貌表征方法
CN110360948B (zh) * 2019-07-09 2020-12-11 大连理工大学 一种激光熔覆层及熔池形貌表征方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xiong et al. Modeling of bead section profile and overlapping beads with experimental validation for robotic GMAW-based rapid manufacturing
CN106001568B (zh) 一种梯度材料金属模具3d打印一体化制备方法
WO2019000523A1 (zh) 一种电弧熔积与激光冲击锻打复合快速成形零件的方法及其装置
CN106825574B (zh) 一种金属梯度材料激光冲击锻打复合增材制造方法及装置
CN106425490B (zh) 一种增减材复合加工设备及其应用
CN104057204A (zh) 高强钢薄板的激光填丝焊的自适应焊接方法
CN108723366B (zh) 一种电子束熔丝过渡状态保持系统及保持方法
CN202052935U (zh) 一种激光感应复合熔化直接成形装置
CN109365811A (zh) 一种选区激光熔化技术成形锌合金制品的方法
CN108763801B (zh) 一种激光增材再制造熔覆层几何特征与稀释率建模方法
CN106874620B (zh) 一种度量激光热丝焊接工艺中能量效率的方法
CN103952698B (zh) 一种选择性激光熔化铺粉与气氛循环保护一体化装置
CN102304712A (zh) 一种基于激光铣削的激光熔覆快速精密制造方法及装置
CN108247056A (zh) 一种对送粉式激光增材制造制件同步改性的方法
CN110093601B (zh) 一种激光熔覆实时测厚及反馈的方法及装置
CN108165982A (zh) 一种超高速率激光熔覆制备镍基耐磨耐蚀涂层的方法
CN103060798A (zh) 一种自动控制激光－感应复合熔覆涂层几何形貌的方法
Wang et al. A comprehensive prediction model of bead geometry in wire and arc additive manufacturing
JP2019526082A (ja) パラメーター反転計算により残留応力加工パラメーターを調整する方法
CN110340522A (zh) 间隙自适应激光焊接方法
Fox et al. Process mapping of transient melt pool response in wire feed e-beam additive manufacturing of Ti-6Al-4V
WO2023142212A1 (zh) 一种闭环控制激光功率改善工件塌边问题的装置和方法
CN108188581A (zh) 一种送丝式激光增材制造方法
CN112643205A (zh) 一种激光焦耳复合热源金属细丝增材制造装置及方法
CN202440549U (zh) 一种基于激光铣削的激光熔覆快速精密制造装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130424