留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

激光熔覆过程中熔池对流运动对熔覆层气孔和元素分布的影响

闫世兴,  董世运,  徐滨士,  王玉江,  任维彬,  方金祥

downloadPDF
文章导航 > 红外与激光工程  > 2014 >  43(9): 2832-2839
闫世兴, 董世运, 徐滨士, 王玉江, 任维彬, 方金祥. 激光熔覆过程中熔池对流运动对熔覆层气孔和元素分布的影响[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(9): 2832-2839.
引用本文: 闫世兴, 董世运, 徐滨士, 王玉江, 任维彬, 方金祥. 激光熔覆过程中熔池对流运动对熔覆层气孔和元素分布的影响[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(9): 2832-2839.
shu
Yan Shixing, Dong Shiyun, Xu Binshi, Wang Yujiang, Ren Weibin, Fang Jinxiang. Effect of molten pool convection on pores and elements distribution in the process of laser cladding[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(9): 2832-2839.
Citation: Yan Shixing, Dong Shiyun, Xu Binshi, Wang Yujiang, Ren Weibin, Fang Jinxiang. Effect of molten pool convection on pores and elements distribution in the process of laser cladding[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(9): 2832-2839.
shu

激光熔覆过程中熔池对流运动对熔覆层气孔和元素分布的影响

  • 1.

    装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室,北京100072

基金项目: 

“十二五”预研项目（51327040401）;国家973 计划（2011CB013403）

详细信息
    作者简介:

    闫世兴（1984- ），男，博士生，主要从事激光熔覆再制造方面的研究。Email：ysxing1984neu@163.com

  • 中图分类号: TH117

Effect of molten pool convection on pores and elements distribution in the process of laser cladding

  • 1.

    National Key Laboratory for Remanufacturing,Academy of Armored Forces Engineering,Beijing 100072,China

  • 摘要: 激光熔覆时熔池对流运动对熔覆层成分和气孔缺陷分布具有较大影响。通过在灰铸铁和45钢两种基体上进行激光熔覆NiCuFeBSi 系合金的工艺试验，对熔池的对流运动形式进行了机理分析与试验验证。结果表明，受熔池强对流运动影响，熔覆层气孔呈均匀弥散化分布趋势；且自熔覆层底部向顶部方向合金元素分布均匀，无缓慢过渡特征。根据YAG 激光光斑能量的高斯分布特征，获得了熔池对流运动的驱动力是熔池温度分布不均形成的熔池表面张力梯度。而且熔池表面张力梯度与激光能量密度，熔池温度，熔体对流运动速度是彼此密切相关的。熔池对流运动机理分析表明，热流密度越高，温度越高，表面张力梯度越大，熔体对流运动速度越大。
    Abstract: The molten pool convection has a great impact on elements and pores distribution during the laser cladding process. In this paper, the form of molten pool convection was investigate in terms of laser cladding NiCuFeBSi alloys on the substrate of gray cast iron and 45 steel. Results indicated that the distribution forms of pores and elements in the clad layer are uniform and dispersive due to the molten pool convection. Moreover, element distribution is also uniform without any slow transition from the bottom of clad layers to the top by means of electron probe microanalysis (EPMA). And according to the Gaussian distribution of energy in the YAG laser beams, it can be concluded that the driving force of convection is the surface tension gradient due to the non-uniform distribution of molten pool temperatures. Those of the laser thermal density, the molten pool temperature, the convective speed and the surface tension gradient are closely related with each other. It indicates that the temperature increases as the laser thermal density rising. The higher temperature is, the larger surface tension gradient will be as well as the convective speeds.
  • [1] Dowden J M. The Theory of Laser Materials Processing[M].Dordrecht: Springer Science +Business Media B V, 2008:235-256.
    [2]
    [3] Li Zhuguo, Huang Jian, Wang Yaping, et al. High powerdiode laser cladding of Co-based alloy coating undertemperature field control [J]. Infrared and LaserEngineering, 2010, 39(2): 311-314. (in Chinese)李铸国, 黄坚, 王亚平, 等. 温度场监控下高功率半导体激光熔敷钴基合金涂层[J]. 红外与激光工程, 2010, 39(2):311-314.
    [4]
    [5] Wang Weifu, Wang Maocai. Directionally depositedmicrostructures prepared by laser cladding +electrosparkdeposition[J]. Infrared and Laser Engineering, 2010, 39(4):751-755. (in Chinese)王维夫, 王茂才. 激光+ 微弧火花复合定向沉积的显微组织研究[J]. 红外与激光工程, 2010, 39(4): 751-755.
    [6]
    [7]
    [8] Athony T R, Cline H E. Heat treating and melting materialwith a scanning laser or electron beam [J]. J Appl Phys,1977, 48(9): 3888.
    [9]
    [10] Dong Wenchao, Lu Shanping, Li Dianzhong, et al. Numericalsimulation of effects of the minor active-element oxygen onthe marangoni convection and the weld shape [J]. ActaMetall Sin, 2008, 44(2): 249-256.
    [11]
    [12] Xu Binshi. The theories and Technologies on SurfaceEngineering [M]. Beijing: National Defense Press, 1999:429-448. (in Chinese)徐滨士. 表面工程的理论与技术[M]. 北京: 国防工业出版社, 1999: 429-448.
    [13]
    [14] Salehi D, Brandt M. Melt pool temperature control usingLabVIEW in Nd:YAG laser blown powder cladding process[J]. Int J Adv Manuf Technol, 2006, 29(3-4): 273-278.
    [15] Chen Jing, Tan Hua, Huang Weidong, et al. Evolution ofmolten pool shape in the process of laser rapid forming [J].China J Lasers, 2007, 34(3): 442-446.
    [16]
    [17] Dong Shiyun, Yan Shixing, Xu Binshi et al. Study onmicrostructure and mechanical property of nicufebsi alloywith laser cladding on the substrate of gray cast irons[J]. ChinaJ Lasers, 2012, 39(12): 1203004-1-1203004-7. (in Chinese)董世运, 闫世兴, 徐滨士等. 铸铁件激光熔覆NiCuFeBSi合金组织及力学性能研究[J]. 中国激光, 2012, 39 (12):1203004-1-1203004-7.
    [18]
    [19] Marineki B. Modern Casting[M]. Washington, D C: AmericanFoundrymen's Society, 1963: 99.
    [20]
    [21] Liu Jichang, Li Lijun, Zhang Yuanzhong. Attenuation of laserpower of a focused Gaussian beam during interactionbetween a laser and powder in coaxial laser cladding [J]. JPhys D Appl Phys, 2005, 38(10): 1546.
    [22]
    [23]
    [24] Wu Chuansong. Thermal Process of Weld and Molten PoolCharacter [M]. Beijing: China Machine Press, 2007: 25-27.(in Chinese)武传松. 焊接热过程与熔池形态[M]. 北京: 机械工业出版社, 2007: 25-27.
    [25] Zhang Yongkang. Laser Processing Technology[M]. Beijing:Chemical Industry Press, 2004: 201-202. (in Chinese)张永康. 激光加工技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2004:201-202.
    [26]
    [27] Zuo Tiechuan. Laser Materials Processing of High StrengthAluminum Alloys [M]. Beijing: National Defense IndustryPress, 2002: 191-193. (in Chinese)左铁钏. 高强铝合金的激光加工[M]. 北京: 国防工业出版社, 2002: 191-193.
    [28]
    [29] Guan Zhenzhong. Laser Processing Manual[M]. Beijing: ChinaMetrology Publishing House, 2007: 260-264. (in Chinese)关振中. 激光加工手册[M]. 北京: 中国计量出版社, 2007:260-264.
  • [1] 姚喆赫, 戴温克, 邹朋津, 余沛坰, 王发博, 迟一鸣, 孙振强, 张群莉, 姚建华.  超声对激光熔覆WC颗粒强化涂层耐磨防腐性能的影响（特邀） . 红外与激光工程, 2024, 53(1): 20230542-1-20230542-12. doi: 10.3788/IRLA20230542
    [2] 杨广峰, 郜峰, 崔静, 薛安源.  扫描速度对300M钢熔覆C276涂层组织及性能的影响 . 红外与激光工程, 2023, 52(1): 20220328-1-20220328-9. doi: 10.3788/IRLA20220328
    [3] 杨正伟, 陈金树, 田干, 张炜, 陈家威, 肖俊玲.  2195-T8铝锂合金激光填丝双面焊熔池行为与接头力学性能研究 . 红外与激光工程, 2023, 52(2): 20220350-1-20220350-9. doi: 10.3788/IRLA20220350
    [4] 彭进, 许红巧, 王永彪, 王星星, 张永振, 龙伟民, 张定宇.  激光光斑尺寸对激光焊接熔池、匙孔行为的影响 . 红外与激光工程, 2023, 52(7): 20220130-1-20220130-11. doi: 10.3788/IRLA20220130
    [5] 洪捐, 蒯源, 程鹍, 张泽新, 钱峰, 钱俊, 陈如龙, 沈鸿烈.  硼掺杂纳米硅薄膜的多脉冲激光熔覆数值模拟及实验研究 . 红外与激光工程, 2021, 50(10): 20210023-1-20210023-10. doi: 10.3788/IRLA20210023
    [6] 蒋伟伟, 傅戈雁, 张吉平, 吉绍山, 石世宏, 刘凡.  三分光束光内同轴送丝熔覆层几何形貌预测 . 红外与激光工程, 2020, 49(3): 0305005-0305005-9. doi: 10.3788/IRLA202049.0305005
    [7] 刘均环, 朱卫华, 朱红梅, 施佳鑫, 管旺旺, 陈志勇, 何彬, 王新林.  掺杂低含量SiO2对激光熔覆CaP生物陶瓷涂层性能的影响 . 红外与激光工程, 2019, 48(6): 606007-0606007(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0606007
    [8] 邱星武.  激光熔覆Fe0.5NiCoCrCuTi高熵合金涂层的微观结构及性能 . 红外与激光工程, 2019, 48(7): 742004-0742004(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0742004
    [9] 王聪, 石世宏, 方琴琴, 石拓, 夏志新.  封闭空腔回转薄壁件的激光熔覆成形 . 红外与激光工程, 2018, 47(1): 106006-0106006(8).
    [10] 邱星武, 吴明军, 戚燕, 刘春阁, 张云鹏, 黄崇湘.  激光熔覆Al2CrFeCoCuNixTi高熵合金涂层的组织及耐蚀性能 . 红外与激光工程, 2018, 47(7): 706008-0706008(8). doi: 10.3788/IRLA201847.0706008
    [11] 孙楚光, 刘均环, 陈志勇, 朱卫华, 朱红梅, 何彬, 王新林.  钛合金表面激光熔覆制备低含硅量生物陶瓷涂层 . 红外与激光工程, 2018, 47(3): 306003-0306003(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0306003
    [12] 刘洪喜, 刘子峰, 张晓伟, 石海, 蒋业华.  稳恒磁场设计及电流强度对激光熔覆Fe55涂层微结构的影响 . 红外与激光工程, 2017, 46(4): 406001-0406001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0406001
    [13] 黄勇, 孙文磊, 陈影.  激光熔覆再制造复杂轴类零件的轨迹规划 . 红外与激光工程, 2017, 46(5): 506005-0506005(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0506005
    [14] 王彦芳, 李豪, 石志强, 肖亚梅, 孙旭, 王亭.  激光熔覆高耐蚀Fe基固溶体合金涂层 . 红外与激光工程, 2017, 46(8): 806001-0806001(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0806001
    [15] 刘洪喜, 冷凝, 张晓伟, 蒋业华.  40Cr刀具表面激光熔覆WC/Co50复合涂层的微观组织及其磨损性能 . 红外与激光工程, 2016, 45(1): 120001-0120001(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0120001
    [16] 李建忠, 黎向锋, 左敦稳, 许瑞华, 陈竹.  模拟研究离焦量对7050铝合金Al/Ti熔覆过程的影响 . 红外与激光工程, 2015, 44(4): 1126-1133.
    [17] 王维夫, 胡霄乐.  预氮化+熔覆复合处理制备微纳尺度TiN增强复合涂层 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 600-604.
    [18] 安旭龙, 刘其斌, 郑波.  激光熔覆制备高熵合金MoFeCrTiWAlxSiy涂层的组织与性能 . 红外与激光工程, 2014, 43(4): 1140-1144.
    [19] 杨光, 王向明, 王维, 钦兰云, 卞宏友.  激光熔覆制备TiC颗粒增强涂层的组织和性能 . 红外与激光工程, 2014, 43(3): 795-799.
    [20] 唐淑君, 刘洪喜, 张晓伟, 王传琦, 蔡川雄, 蒋业华.  H13钢表面激光选区熔覆Ni-Al金属间化合物涂层的组织与性能 . 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1621-1626.
  • 加载中
WeChat 点击查看大图
计量
  • 文章访问数:  499
  • HTML全文浏览量:  98
  • PDF下载量:  208
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-01-07
  • 修回日期:  2014-02-03
  • 刊出日期:  2014-09-25

激光熔覆过程中熔池对流运动对熔覆层气孔和元素分布的影响

  • 1. 装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室,北京100072
    • 作者简介:

    闫世兴（1984- ），男，博士生，主要从事激光熔覆再制造方面的研究。Email：ysxing1984neu@163.com

  • 收稿日期: 2014-01-07
  • 修回日期: 2014-02-03
  • 刊出日期: 2014-09-25
基金项目:

“十二五”预研项目（51327040401）;国家973 计划（2011CB013403）

  • 中图分类号: TH117

摘要: 激光熔覆时熔池对流运动对熔覆层成分和气孔缺陷分布具有较大影响。通过在灰铸铁和45钢两种基体上进行激光熔覆NiCuFeBSi 系合金的工艺试验，对熔池的对流运动形式进行了机理分析与试验验证。结果表明，受熔池强对流运动影响，熔覆层气孔呈均匀弥散化分布趋势；且自熔覆层底部向顶部方向合金元素分布均匀，无缓慢过渡特征。根据YAG 激光光斑能量的高斯分布特征，获得了熔池对流运动的驱动力是熔池温度分布不均形成的熔池表面张力梯度。而且熔池表面张力梯度与激光能量密度，熔池温度，熔体对流运动速度是彼此密切相关的。熔池对流运动机理分析表明，热流密度越高，温度越高，表面张力梯度越大，熔体对流运动速度越大。

English Abstract

    全文HTML

参考文献 (29)

目录

    /

    返回文章
    返回

    版权所有 © 2019 《红外与激光工程》编辑部｜ 地址: 天津市空港经济区中环西路58号｜ 邮政编码: 300308

    津ICP备19007885号-1

    本系统由 北京仁和汇智信息技术有限公司 开发    百度统计