单道激光熔覆层形貌预测方法技术

本发明专利技术公开了一种单道激光熔覆层形貌预测方法，在多次单道激光熔覆实验的基础上，利用SPSS统计分析软件，建立单道熔覆层宏观形貌与激光熔覆主要工艺参数之间的函数模型，然后通过函数模型可以快速准确地对单道激光熔覆层进行形貌预测，从而达到对熔覆层宏观形貌的精确预测目的，整个预测步骤操作方便快捷，易于实现，避免了以往靠经验判断造成的时间成本和经济成本，且该方法预测准确，误差较小,对于激光熔覆工艺具有重要的指导意义，同时也节省了企业成本，提高了加工效率，利于广泛推广。

Prediction method of single laser cladding layer morphology

【技术实现步骤摘要】
单道激光熔覆层形貌预测方法
本专利技术属于激光熔覆再制造
，具体涉及一种单道激光熔覆层形貌预测方法。
技术介绍
在再制造行业中，由于激光熔覆技术具有稀释率低、晶粒细小、节能高效等优点，因此被广泛应用于石化、汽车、航空航天等工业领域。在传统激光熔覆过程中，往往需要根据操作人员的实际经验，通过多次尝试来确定单道熔覆层的宏观形貌，进而确定熔覆道数、搭接率等参数，且难以确定熔池深度。因为在激光熔覆过程会受到众多因素的影响，不同的工艺参数往往会形成不同形貌的熔覆层，单靠经验判断，不仅误差较大，同时也会造成经济成本和时间成本的浪费。
技术实现思路
针对上述的不足，本专利技术目的在于，提供一种可以快速准确地对单道激光熔覆层进行形貌预测的单道激光熔覆层形貌预测方法。该单道激光熔覆层形貌预测方法能避免了以往靠经验判断造成的时间成本和经济成本，且该方法预测准确，误差较小。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案是：一种单道激光熔覆层形貌预测方法，其特征在于，其包括以下步骤：(1)设计多组不同工艺参数的单道激光熔覆实验，工艺参数包括激光功率、扫描速度和送粉速率，每一组单道激光熔覆实验均获得一道熔覆层；(2)在每道熔覆层中部沿垂直于激光扫描方向线切割所需尺寸大小的试样，对试样进行研磨抛光获得熔覆层横截面的金相样品；(3)用王水对各个金相样品进行腐蚀10～15s，然后利用工业显微镜测量每个金相样品的三维形貌并记录三维形貌数据；(4)将三维形貌数据和对应的工艺参数输入SPSS统计分析软件，分别建立熔覆层高度、熔覆层宽度、熔池深度与工艺参数之间的函数模型，实现对熔覆层形貌的预测。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤(1)中通过单道激光熔覆实验获得的熔覆层的长度为30～50mm，优选为40mm。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤(2)中的试样的长宽尺寸为8～12mm×8～12mm,优选为10mm×10mm。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤(2)中用金相砂纸对所述试样进行研磨，通过机械抛光对试样进行抛光。机械抛光是依靠非常细小的抛光粉的磨削、滚压作用，除去试样磨面上的极薄一层金属。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤(3)中金相样品的三维形貌数据包括熔覆层高度、熔覆层宽度和熔池深度。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤(3)中的工业显微镜的型号为XJ-3DHD16。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤(5)中的函数模型如下式(ⅰ)-(ⅲ)所示：H＝0.1069P-0.1053Vs+1.0351Vf+0.6575(ⅰ)W＝0.5P-0.061Vs-0.7332Vf+2.831(ⅱ)D＝0.4493P-0.0438Vs-0.5691Vf-0.046(ⅲ)式中，H为熔覆层高度，W为熔覆层宽度，D为熔池深度，P为激光功率，Vs为扫描速度，Vf为送粉速率。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的方法科学合理，在多次实验的基础上，利用SPSS统计分析软件，建立单道熔覆层宏观形貌与激光熔覆主要工艺参数之间的函数模型，然后通过函数模型可以快速准确地对单道激光熔覆层进行形貌预测，从而达到对熔覆层宏观形貌的精确预测目的，整个预测步骤操作方便快捷，易于实现，避免了以往靠经验判断造成的时间成本和经济成本，且该方法预测准确，误差较小,对于激光熔覆工艺具有重要的指导意义，同时也节省了企业成本，提高了加工效率，利于广泛推广。下面结合附图与实施例，对本专利技术进一步说明。附图说明图1为单道激光熔覆示意图。图2为单道熔覆层宏观形貌示意图。图3为实际单道熔覆层宏观形貌。图4为熔覆层高度实验值与预测值对比示意图。图5为熔覆层宽度实验值与预测值对比示意图。图6为熔池深度实验值与预测值对比示意图。具体实施方式实施例：本实施例提供的一种单道激光熔覆层形貌预测方法，其包括以下步骤：(1)本实施例中，以设计19组不同工艺参数的单道激光熔覆实验为例。其它实施例中，也可以采用其它组数,如17组、18组等。工艺参数包括激光功率P、扫描速度Vs、送粉速率Vf。每道熔覆层的长度均优选为40mm，其它实施例中，该每道熔覆层的长度也可以为30～50mm，熔覆示意图如图1所示，每组实验工艺参数如表1所示；表1激光熔覆工艺参数表实验序号激光功率P(kW)扫描速度Vs(mm/s)送粉速率Vf(g/s)12.260.37522.270.532.280.62542.470.62552.480.37562.460.572.680.582.660.62592.670.37510270.5112.470.5122.870.5133.270.5142.450.5152.490.5162.4110.5172.470.25182.470.75192.471(2)分别进行实验，然后在每道熔覆层中部沿垂直于激光扫描方向线切割10mm×10mm大小的试样,其它实施例中，试样的长宽尺寸可以为8～12mm×8～12mm；用金相砂纸研磨并通过机械抛光进行抛光后获得熔覆层横截面的金相样品；(3)用王水对上述获得的金相样品进行腐蚀10～15s，然后利用型号为XJ-3DHD16的工业显微镜测量每个金相样品的三维形貌(熔覆层高度、熔覆层宽度、熔池深度)并记录数据。图2为单道熔覆层宏观形貌示意图(熔覆层高度为H，熔覆层宽度为W，熔池深度为D)，图3为显微镜观察到的熔覆层宏观形貌，测得每组单道熔覆层形貌数据如表2所示；表2单道熔覆层形貌数据实验序号高度H(mm)宽度W(mm)熔池深度D(mm)10.553.290.5120.653.110.3230.523.050.36<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单道激光熔覆层形貌预测方法，其特征在于，其包括以下步骤：/n(1)设计多组不同工艺参数的单道激光熔覆实验，工艺参数包括激光功率、扫描速度和送粉速率，每一组单道激光熔覆实验均获得一道熔覆层；/n(2)在每道熔覆层中部沿垂直于激光扫描方向线切割所需尺寸大小的试样，对试样进行研磨抛光获得熔覆层横截面的金相样品；/n(3)用王水对各个金相样品进行腐蚀10～15s，然后利用工业显微镜测量每个金相样品的三维形貌并记录三维形貌数据；/n(4)将三维形貌数据和对应的工艺参数输入SPSS统计分析软件，分别建立熔覆层高度、熔覆层宽度、熔池深度与工艺参数之间的函数模型，实现对熔覆层形貌的预测。/n

【技术特征摘要】
1.一种单道激光熔覆层形貌预测方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)设计多组不同工艺参数的单道激光熔覆实验，工艺参数包括激光功率、扫描速度和送粉速率，每一组单道激光熔覆实验均获得一道熔覆层；
(2)在每道熔覆层中部沿垂直于激光扫描方向线切割所需尺寸大小的试样，对试样进行研磨抛光获得熔覆层横截面的金相样品；
(3)用王水对各个金相样品进行腐蚀10～15s，然后利用工业显微镜测量每个金相样品的三维形貌并记录三维形貌数据；
(4)将三维形貌数据和对应的工艺参数输入SPSS统计分析软件，分别建立熔覆层高度、熔覆层宽度、熔池深度与工艺参数之间的函数模型，实现对熔覆层形貌的预测。


2.根据权利要求1所述的单道激光熔覆层形貌预测方法，其特征在于，所述步骤(1)中通过单道激光熔覆实验获得的熔覆层的长度为30～50mm。


3.根据权利要求1所述的单道激光熔覆层形貌预测方法，其特征在于，所述步骤(2)中的试样的长宽尺寸为8～12mm×8～12mm。

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【专利技术属性】
技术研发人员：范鹏飞，张冠，王恪典，孙文磊，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：新疆;65