[發明專利]一種自動控制激光－感應復合熔覆涂層幾何形貌的方法

無效

• 申請號: 201310023636.3
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103060798A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 戴曉琴;周圣豐;顏超;劉勇;邵志松;王春霞
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

本發明涉及一種復合熔覆涂層幾何形貌的方法，尤其涉及一種自動控制激光－感應復合熔覆涂層幾何形貌的方法。

背景技術

近年來，可以在高效率條件下，將涂層內的熱應力降低到最小程度，從而制備高性能的無裂紋涂層的激光－感應復合熔覆技術（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）在關鍵零部件的表面強化與修復以及快速造等領域具有廣闊的應用前景，引起了人們的廣泛關注。但是，在激光－感應復合熔覆過程中，由于感應加熱源的引入，使工藝參數對熔覆層質量的影響因素增加，根據涂層幾何形貌與性能的要求，如何快速且合理地選擇復合熔覆工藝參數成為制備高質量激光－感應復合熔覆涂層的關鍵。其中，涂層幾何形貌的計算方法對選擇與調節激光－感應復合熔覆工藝參數、控制涂層性能具有十分重要的意義。在單純激光熔覆過程中，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基合金涂層厚度的計算方法，利用該方法計算涂層厚度的最小誤差為22%，并且隨著激光掃描速度的增加，誤差逐漸增加，顯然該計算涂層厚度的方法并不適合于激光掃描速度高達3000?mm/min（約是單純激光熔覆激光掃描速度的5倍）的激光－感應復合熔覆技術，而且不能有效地在線自動控制激光熔覆涂層的幾何形貌。

發明內容

本發明的目的在于提供一種自動控制激光－感應復合熔覆涂層幾何形貌的方法。本發明是這樣來實現的，其方法與步驟為：

（1）計算單道激光－感應復合熔覆涂層的幾何形貌：

1）在單道激光－感應復合熔覆過程中，調節激光功率與感應加熱溫度，使激光掃描速度V_s為900~5000?mm/min時，涂層的稀釋率小于10%；

2）單道激光－感應復合熔覆涂層寬度W主要受激光光斑直徑D的影響，為激光光斑直徑D的85%；

3）激光－感應復合熔覆所用合金粉末由i種組元構成，由合金粉末中i組元的密度????????????????????????????????????????????????與體積計算合金粉末的平均密度；

4）對于單位時間內獲得的激光－感應復合熔覆涂層厚度H而言，將激光－感應復合熔覆過程中已知的工藝參數以及步驟（2）與（3）中計算所得的涂層寬度W與合金粉末的平均密度代入公式中，即可計算單道激光－感應復合熔覆涂層厚度H與寬度W，所述的已知工藝參數為自動送粉器的送粉率、合金粉末利用率、激光掃描速度V_s、激光光斑直徑D、合金粉末i組元的密度與體積。

（2）采用激光測厚儀與激光測寬儀在線實時測量制備的單道激光－感應復合熔覆涂層厚度H與寬度W，并將計算的涂層厚度H、寬度W與實時測量的涂層厚度H_t、寬度W_t進行對比；

（3）檢測計算的涂層厚度H、寬度W與實時測量的涂層厚度H_t、寬度W_t之間的相對誤差是否大于1.0%，如果是，利用激光－感應復合熔覆系統的數控裝置調節激光－感應復合熔覆工藝參數，對計算的單道激光－感應復合熔覆涂層厚度H與寬度W進行修正；否則，固定激光－感應復合熔覆工藝參數。

本發明所述的單道激光－感應復合熔覆涂層幾何形貌為涂層厚度、涂層寬度與涂層橫截面面積，所述的涂層橫截面為半橢圓形，計算所得的單道激光－感應復合熔覆涂層厚度，計算的單道激光－感應復合熔覆涂層寬度W=0.85·D，計算的單道激光－感應復合熔覆涂層的橫截面面積。