摘要
半导体激光熔覆要获得铺展良好接触角较小的熔覆层，通常需要使用高功率激光。然而，高功率激光带来良好成形的同时也引出了热冲击作用较强、残余应力较大、熔覆层易产生裂纹、基体熔化量增多对熔覆层成分造成稀释等问题，并且高功率激光也将大幅提高整套熔覆设备的购置以及维护成本。将TIG电弧与激光复合，充分利用两种热源各自的优势，在较小的热输入下可以得到铺展良好、稀释率小的熔覆层，不失为解决以上问题的一个良好方案。由于不同熔覆材料、基体材料的化学成分、热物理性能差异较大，要得到良好成形的对应的工艺参数需要经过大量的工艺试验，制约了半导体激光与电弧复合热源在表面熔覆领域的应用。为了深入研究激光电弧复合热源熔覆成形机理，提出采用高速摄像机采集各种热源下金属粉末的熔化过程，对粉末熔化过程进行片段化处理，从工艺参数对成形动态过程影响的角度揭示了各工艺参数对复合热源特性、熔覆层成形的影响规律，以此来解释各热源在复合热源中起到的作用。 搭建了针对半导体激光与TIG复合熔覆工艺的高速摄像系统，用这一系统采集了不同热源下304不锈钢作为基体上Ni60固态粉末熔化、汇聚、熔合、铺展、成形的过程，归纳总结出动态成形过程包含的5个特征行为。提取了特征行为之间的间隔时间用以表征成形动态过程各阶段完成的快慢（各阶段对能量的需求高低）；提取液态熔滴的接触角以反映铺展能力。分析了各热源工艺参数的变化对成形动态过程以及液态熔滴铺展性的影响。分析了成形过程中各特征行为下液态熔滴的受力、受热、热传导形式。从力与热两个角度分析了TIG电弧引入为成形过程带来的变化并分析了一些典型成形的形成机理。
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