论文部分内容阅读
激光熔覆是一种表面改性技术,因熔覆层与基体呈冶金结合,组织性能优良,它广泛应用于表面硬处理和对磨损部件的修复。激光熔覆是急剧加热和冷却的过程,会在熔覆件表面产生不均匀的热胀冷缩,导致熔覆的零部件产生变形,从而影响熔覆件的成型质量。激光熔覆引起的变形一直是研究的热点,属于热变形的共性难题之一。激光熔覆过程会随着熔覆道数增加导致薄板累积变形,为研究双边约束的Q235薄板在单向扫描熔覆316L不锈钢粉末时产生的变形规律,采用了横向扫描和纵向扫描单层多道的熔覆方式,着重分析了薄板的整体变形、沿指定路径的变形以及熔覆层的表面质量。因薄板表面光亮,为提高激光吸收率,薄板熔覆前需进行喷砂处理(46#黑钢玉),并在薄板背面画上网格,便于变形测量。同时为防止粉末受潮影响熔覆层质量,粉末需放入干燥箱进行105℃的4h烘干处理。两种路径均采用相同的工艺参数,采用HWF20激光熔覆3D打印系统分别对两种路径的薄板进行熔覆,使用氮气作为粉末载流气和同轴保护气。为更好的对比两种路径下的薄板变形,均熔覆60mm×30mm相同面积区域的长方形,为保证每道熔覆的冷却时间相同,每熔覆1道自然冷却10s,熔覆结束后自然冷却10min。利用特定夹具将熔覆的薄板进行固定,采用Inspector三坐标测量仪对薄板背面网格节点进行测量,并将测量的数据导入MATLAB绘制成三维变形图,对两种路径造成的薄板变形进行分析,最后对比两种路径的薄板熔覆层表面质量。实验结果表明:横向扫描和纵向扫描的薄板均承受较大的拉伸残余应力,导致薄板整体都产生了弯曲变形,且纵向扫描熔覆区呈弯曲变形,薄板边缘因横向收缩呈凸起变形。分析在横向方向指定路径上的变形时,纵向扫描熔覆沿指定路径的变形量均小于横向扫描,但均在薄板横向中心线上产生最大变形;分析在纵向方向指定路径上的变形时,纵向扫描熔覆沿指定路径的变形量均小于横向扫描,但均在薄板纵向中心线上产生最大变形;且横向扫描最大弯曲变形大于纵向扫描。由于横向扫描冷却时间长及激光吸收率小于纵向扫描,造成横向扫描熔覆层光泽度好,没有表面氧化现象,纵向扫描熔覆层上部边缘有轻度的表面氧化现象。通过研究薄板的变形规律,可以为激光熔覆的变形控制奠定工艺基础。