一种用于合金钢的激光单道熔覆成形控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基体材料为17GrNi6Mo，熔覆材料为Ni60粉末的单道熔覆层成形控制方法，尤其是一种用于合金钢的激光单道熔覆成形控制方法。其特点是，包括如下步骤：首先采用基于响应面法中的中心复合实验设计，通过改变激光功率、送粉量和扫描速度这些工艺参数，进行激光单道熔覆实验；然后使用Design

【技术实现步骤摘要】
一种用于合金钢的激光单道熔覆成形控制方法


[0001]本专利技术涉及一种基体材料为17GrNi6Mo，熔覆材料为Ni60粉末的单道熔覆层成形控制方法，尤其是一种用于合金钢的激光单道熔覆成形控制方法。

技术介绍

[0002]齿轮在服役期间不可避免出现磨损、点蚀等失效现象，采用激光熔覆技术对失效齿轮进行再制造修复可以大幅节约维护费用。激光熔覆的过程就是利用高能量的激光束将安置(预置或同步输送)在基体表面的合金材料(粉材、丝材等)与基体表层一起熔凝，这个过程是合金粉末与基体材料相互作用相互渗透凝固的过程。在激光熔覆过程中，为了得到较好质量、性能的熔覆层，激光熔覆单层单道成形形状控制，是高价值关键部件高精度成形的前提和基础。只有通过建立熔覆层工艺参数与成形形状之间的定量对应关系，才能提供预测与控制单道熔覆层成形形状，为零件再制造高精度成形奠定基础。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种用于合金钢的激光单道熔覆成形控制方法，能够指导零件再制造时工艺参数的选择和实现熔覆层成形形状的预测与控制，从而实现单层多道、多层多道三维成形轨迹的编程和成形形状精度的控制。
[0004]一种用于合金钢的激光单道熔覆成形控制方法，其特别之处在于，包括如下步骤：
[0005](1)首先采用基于响应面法中的中心复合实验设计，通过改变激光功率、送粉量和扫描速度这些工艺参数，进行激光单道熔覆实验；
[0006](2)然后使用Design
‑
Expert软件对得到的实验数据进行拟合以及方差分析，构建步骤(1)的工艺参数与熔覆层成形形状的宽度、高度回归模型，再通过实验验证回归模型的预测精度；
[0007](3)最后通过激光熔覆工艺参数对熔覆层成形形状的影响分析，在零件再制造时为工艺参数的选择提供依据。
[0008]经过试用证明，本专利技术方法虽然存在一定的误差，但是从误差大小分析来看，熔覆层宽度和高度的数学模型能进行高精度预测。还能指导工艺参数的选择和实现熔覆层成形形状的预测与控制，从而实现单层多道、多层多道三维成形轨迹的编程和成形形状精度的控制，而且能依照需要熔覆层的形状尺寸，计算工艺参数的大小，指导工艺参数的选择。
附图说明
[0009]图1为基板单道熔覆实验图；
[0010]图2为熔覆层宽度摄动图；
[0011]图3为熔覆层高度摄动图。
具体实施方式
[0012](一)本专利技术所要解决的技术问题
[0013]本专利技术的目的在于提供一种用于17GrNi6Mo合金钢的激光单道熔覆成形控制方法，该方法基于响应面法中的中心复合实验设计，改变激光功率、送粉量和扫描速度等工艺参数，进行激光单道熔覆实验；使用Design
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Expert软件对实验数据进行拟合以及方差分析，构建工艺参数与熔覆层成形形状的宽度、高度回归模型，通过实验验证回归模型的预测精度；通过激光熔覆工艺参数对熔覆层成形形状的影响分析，为工艺参数的选择提供借鉴。
[0014](二)本专利技术的有益效果：
[0015](1)熔覆层宽度：
[0016]由Design
‑
Expert软件对试验数据拟合及方差分析，获得熔覆层成形形状宽度的回归模型由式(1)示出，熔覆层宽度的方差分析结果由表1所示。
[0017]Width＝5.174
‑
8.846*A+0.272*B+0.516*C
‑
0.142*A*B
‑
0.076*A*C+0.007*B*C+3.715*A2‑
0.075*C2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0018]表1熔覆层宽度方差分析表
[0019][0020]从表1中可以看出，回归模型的数值为11.42，P值为0.0004，表明熔覆层宽度与激光功率、送粉量、扫描速度的回归方程有良好的可靠性和显著性。相关系数值为0.9113，小于1且接近于1，表明模型拟合的较好。信噪比值为12.552，数值比4大，说明回归模型的构造是合理的。失拟项中的值为4.51，表示没有不匹配系数，所以可以用拟合的数学回归模型对试验真实数据进行预测和分析。观察方差分析表中P值可知：激光功率与送粉量，送粉量对于熔覆层宽度的影响较大，显著性高。通过每个因素的平均均方差MS大小，可得影响熔覆层宽度的工艺参数主次排序为送粉量＞激光功率＞扫描速度。
[0021]通过对齿轮激光再制造系统集成和对单道熔覆层预测与控制，以提高成形轨迹位置精度和形状精度，来实现齿轮成形精度，获得合理加工余量。
[0022](2)熔覆层高度
[0023]由Design
‑
Expert软件对试验数据拟合及方差分析，获得熔覆层成形形状高度的回归数学模型为式(2)，熔覆层高度的方差分析如表2所示。Height＝
‑
23.122+21.606*A+0.166*B
‑
0.155*C
‑
0.036*A*B+0.238*A*C
‑
0.014*B*C
‑
5.045*A2‑
0.022*C2(2)
[0024]表2熔覆层高度方差分析表
[0025][0026]由表2可知，模型的F值为12.09，P值为0.0003，表明熔覆层高度与激光功率、扫描速度、送粉量的回归方程有良好的可靠性和显著性；相关系数R2值为0.9159，小于1且接近于1，表明模型拟合的较好；信噪比值为12.411，数值比4大，说明回归模型的构造是合理的。失拟项中的F值为1.61，表示没有不匹配系数，所以可以用拟合的数学回归模型对试验真实数据进行预测和分析。观察方差分析表中P值可知：送粉量与扫描速度的交互作用(BC)，扫描速度(C)对于熔覆层高度的影响较大，显著性高。通过每个因素的平均均方差MS大小，对熔覆层高度造成影响的工艺参数排序为C>A>B，即扫描速度＞激光功率＞送粉量。
[0027](3)回归模型实验验证
[0028]通常，在获得回归模型后，仍然需要通过实验，去验证模型的误差，即相对误差，评价该模型是否具有指导意义。验证的实验参数及其结果如
[0029]表3所示。表3数学模型试验验证结果。
[0030][0031]分析表3，熔覆层宽度预测值与实际值的偏差在2.4％～5％之间，熔覆层高度预测值与实际值的偏差都在在3.4％～4.7％之间，总体来看，误差都小于5％，说明熔覆层成形形状的宽度与高度回归模型具有普遍适用性。
[0032]虽然存在一定的误差，但是从误差大小分析来看，熔覆层宽度和高度数学模型能进行高精度预测。能指导工艺参数的选择和实现熔覆层成形形状的预测与控制。实现单层多道、多层多道三维成形轨迹的编程和成形形状精度的控制。而且能依照需要熔覆层的形状尺寸，计算工艺参数的大小，指导工艺参数的选择。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于合金钢的激光单道熔覆成形控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)首先采用基于响应面法中的中心复合实验设计，通过改变激光功率、送粉量和扫描速度这些工艺参数，进行激光单道熔覆实验；(2)然后使用Design
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【专利技术属性】
技术研发人员：满龙，慕松，李建忠，宿友亮，陈雄，杨晓平，刘至城，
申请(专利权)人：宁夏银星能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：