同轴送粉激光熔覆过程中粉光匹配影响因素及控制研究
送粉式激光熔覆数值模型基本问题研究_刘振侠
中 国激光 CHIN ESE JOU RN AL O F LA SERS
Vol. 30, N o. 6 June, 2003
文章编号: 0258- 7025( 2003) 06-0567- 04
送粉式激光熔覆数值模型基本问题研究
刘振侠, 黄卫东, 万柏涛
3 粉末落到熔覆熔池时的状态与混合
后的状态。其意义在于, 如果考虑固体粉末颗粒进 入熔池与液态进行混合, 则就计算来讲, 熔池内出现 两相流问题, 而且由于固相颗粒的熔化潜热使得熔 池流场和温度场的计算非常复杂。 312 过程的时间尺度
考察熔覆过程中质量和能量的传输一般是通过 量纲分析进行的。以下定义 几个时间尺度[ 3] : t d: 热量扩散相当于熔覆高度的距离所需要的时间; t r: 粉末颗粒在熔池中的平均 滞留时间; t m: 混合时间 或粉末在熔池 中完全分散开所需 要的时间; tf : 熔 化时间或熔化和溶解粉末所需要的时间。
Qcp
5T 5t
=
4
3 Pr
3 p
(
E
absorb
-
E emit )
( 2)
可以求出粉末粒子的温升
Tp -
Ta =
3lp
4
Pr
3 p
Qp cp
v
p
(
Eabsorb -
E emit )
( 3)
其中
E absorb = Pr 2p Bp Rx
E emit =
4
Pr
2 p
ERT
4
分别为单位体积粉末颗粒吸收与发射的功率( 单位
表 1 激光熔 覆时间尺度 Table 1 Time- scale of the laser cladding
同轴送粉激光熔覆件质量影响因素的研究
收稿日期:2006年12月同轴送粉激光熔覆件质量影响因素的研究季 霞 周建忠 郭华锋 徐大鹏江苏大学摘 要:介绍了同轴送粉激光熔覆的工艺过程以及激光与金属粉末的作用机理,分析了影响熔覆件质量的主要因素。
建立了粉末对激光能量的吸收表达式和稀释率的表达式,提出从材料特性和工艺参数方面改善熔覆件质量的途径。
最后对同轴送粉激光熔覆成形研究中急需解决的关键问题进行了展望。
关键词:激光熔覆, 同轴送粉, 材料特性, 工艺参数, 熔覆件质量I nfluencing F actors on Q uantity of Cladding P arts by Coaxial Laser CladdingJi X ia Zhou Jianzhong G uo Huafeng et alAbstract :The technical process of the coaxial laser cladding is introduced and the reaction mechanism between metallic pow 2der particle and laser is analyzed.The main in fluencing factors on quantity of cladding parts by coaxial laser cladding are dis 2cussed.The equation of the energy abs orbed by the metallic powder particle from the laser beam is established.The expression of dilution and the path of im proving the quality of cladding parts from material characteristics and processing parameters are present 2ed.The key problem in coaxial laser cladding rapid prototyping is put forward.K eyw ords :laser cladding , coaxial feeding , material characteristics , processing parameters , quantity of cladding parts 1 引言同轴送粉激光熔覆技术是快速成形技术的一个重要发展方向。
同轴载气送粉激光熔覆粉末流参数研究
同轴载气送粉激光熔覆粉末流参数研究同轴载气送粉激光熔覆技术是一种先进的制备方法，具有高效率、高质量、高可控性等优点，因此在加工领域得到了广泛的应用。
在使用该技术进行熔覆粉末流成形时，粉末流参数的选择对于熔覆质量的影响非常大。
本文将针对同轴载气送粉激光熔覆粉末流参数进行研究，从以下几个方面进行分析。
一、粉末流速度粉末流速度是影响熔覆质量的重要参数之一。
当粉末流速度过大时，会导致熔滴的飞溅和熔覆质量下降；当粉末流速度过小时，会导致熔池面积减小、熔覆质量下降。
因此，应根据熔覆材料的性质和设备的能力，选择合适的粉末流速度。
二、载气流量载气流量是指粉末颗粒在流动过程中所受到的空气流动的力量大小。
合适的载气流量可以保证熔覆粉末流形成正常，同时也可以将存在于熔合池中的杂质、气泡等物质排出，保证熔覆质量的提高。
过大或过小的载气流量都会影响熔覆质量，应选取合适的值。
三、喷嘴与底板的距离喷嘴和底板的距离也是影响熔覆质量的重要参数之一。
当喷嘴和底板的距离过大时，粉末流速度将变低，影响熔覆质量；当喷嘴和底板的距离过小时，容易导致熔滴飞溅，同样影响熔覆质量。
因此，喷嘴和底板的距离应根据熔覆材料的性质、熔覆质量要求和设备的能力，进行合理的选择。
四、粉末流角度和喷嘴半径粉末流角度和喷嘴半径也会影响熔覆质量。
当粉末流角度过大或喷嘴半径过小时，会导致粉末流速度过大，熔滴飞溅，熔覆质量下降；当粉末流角度过小或喷嘴半径过大时，会导致粉末流速度过小，熔覆层减薄，熔覆质量下降。
因此，粉末流角度和喷嘴半径也应进行合理的选择。
通过以上分析，我们可以得出同轴载气送粉激光熔覆的粉末流参数的研究，是保证熔覆质量和生产效率的必要措施。
因此，在使用该技术进行熔覆粉末流成形时，应根据熔覆材料的性质、熔覆质量要求和设备的能力，选择合适的粉末流速度、载气流量、喷嘴和底板的距离、粉末流角度和喷嘴半径。
粉末同轴送入激光后的热交互作用及熔化行为解析
粉末同轴送入激光后的热交互作用及熔化行为解析粉末同轴送入激光后的热交互作用及熔化行为解析激光加工技术是一种高效、灵活、精确的加工技术，近年来在制造业中得到广泛应用。
其中，粉末同轴送入激光加工技术是一种重要的加工方式，它具有良好的加工控制性和高度可定制性。
本文将对粉末同轴送入激光后的热交互作用及熔化行为进行解析。
首先，我们来探讨粉末和激光之间的热交互作用。
当粉末进入激光束的照射区域时，受到激光的加热作用。
激光能量会被粉末吸收，使其温度升高。
由于粉末在激光束下的吸收率高，强大的吸收作用会导致粉末局部温度迅速升高。
同时，粉末中的光热反应也会加速热的积累，进一步提高局部温度。
其次，我们将研究粉末在激光加热下的熔化行为。
当粉末温度升高到接近或超过其熔点时，粉末开始熔化。
熔化过程中，粉末发生相变，由固态转变为液态。
在熔化过程中，粉末表面张力大大降低，使熔融的粉末更容易流动。
此外，粉末的熔化还会伴随着吸热效应，使粉末周围的温度得以控制，从而保持一定的熔化范围。
随着熔化的进行，粉末会形成液滴并尽快凝固，形成固态结构。
粉末的熔化和凝固是一个动态的过程，液滴形态的改变与激光参数、粉末性质、熔点等因素密切相关。
在粉末熔融之后，其流动性增强，可以通过调整激光参数和粉末材料的选择，使粉末在激光照射下形成所需的形貌和结构。
最后，我们来讨论激光加工中的粉末熔化行为对加工效果的影响。
粉末的熔化行为对加工过程中的能量传递和物质流动起着重要作用。
粉末的凝固速度和结构紧密性对加工的熔化和成形效果有着直接的影响。
因此，在粉末同轴送入激光加工过程中，需要对激光参数进行精确控制和优化，以实现理想的加工效果。
综上所述，粉末同轴送入激光后的热交互作用及熔化行为是激光加工过程中的关键因素之一。
粉末的热交互作用和熔化行为直接影响到加工效果和成形质量。
因此，在粉末同轴送入激光加工中，需要全面理解粉末和激光之间的热交互作用，优化加工参数，进一步提高加工的质量和效率综合以上论述，粉末在激光照射下的熔化行为对激光加工效果起着重要作用。
激光熔覆熔池检测控制技术的研究进展
激光熔覆熔池检测控制技术的研究进展陈殿炳;邓琦林【摘要】Laser cladding is a new manufacturing technology booming in recent years. Many research have attempted to increase its level of automation and productivity by measuring the molten pool formed in the laser cladding with synchronous powder feeding. The research progress of the molten pool measurement and control technology in recent years is reviewed. Firstly ,various types of measuring equipment and installation methods are introduced. Then the influences of the processing parameters on the molten pool measurement signals and the relationships between the quality of cladding layers and molten pool measurement signals are presented. And then several closed loop control systems based on molten pool measurement technology are discussed. Finally ,based on the current molten pool measurement status,more useful information can still be further obtained to increase the degree of automation and improve productivity in laser cladding.%激光熔覆是近年来蓬勃发展的新型制造技术，很多研究试图从激光熔池的检测入手来提高激光熔覆工艺的自动化程度，进而提高生产效率。
激光熔覆层的缺陷成因及控制方法
不同和激光熔覆的快固过程中，气体不能及时逃出表
[2]
过程中形成的热应力和组织应力所致 。
控制裂纹产生的最为有效的方法有以下
几种：
1）调整应力的状态，
尽可能降低拉应力：
①合理降低熔覆层的线膨胀系数，使熔覆层
与基体的线膨胀系数两者应尽可能接近，从而减
面，就会出现气孔。如果保护气体流量过大就会
①减少金属粉末颗粒尺寸，使用球状颗粒或
[1]
表面改性技术 。激光熔覆技术是一种新型的材
料表面改性技术，在工业上具有广泛的应用领
混合粉末可以改进其抗裂性能。
②选择合理的扫描速度、送粉速度、功率密度
域。但由于温差和膨胀系数的不同，激光熔覆过
程中熔覆层可能会出现多种缺陷，如：裂纹、气孔、
等来提高熔覆层的质量。
激光熔覆是在高能激光束作用下，把预置于
小熔覆层残余拉应力，防止裂纹的产生。
②通过基体预热和后热处理可以减小熔覆过
或同步送入金属表面的合金粉末熔化，并微熔一
薄层基体，同时实现熔覆层与基体的冶金结合，使
程中的残余热应力，控制熔覆层的开裂。
2）优化激光熔覆的工艺方法和参数：
熔覆层具有与原合金粉末同样的优异性能的材料
层的交界处容易产生裂纹，裂纹贯穿于熔覆层，沿
②合金化改变组织状态，有利于减少裂纹的
产生。
2
激光熔覆层气孔的形成及控制方法
激光熔覆是一个快速熔化、快速凝固的过程，
着与激光扫描相垂直的方向近乎平行的进行延
在激光熔覆前，金属粉末受潮带有水分或金属氧
伸。裂纹是由于熔覆层与金属基体的热膨胀系数
化物发生氧化还原反应，熔覆时就会有气体产生，
5
[4]
易于逸出 。
激光熔覆中同轴粉末流温度场的数值模拟_杨洗陈
第29卷 第11期光 学 学 报V ol.29,No.112009年11月ACTA OPTICA SINICANovember,2009文章编号:0253-2239(2009)11-3114-07激光熔覆中同轴粉末流温度场的数值模拟杨洗陈 栗 丽 张 烨(天津工业大学激光技术研究所,天津300160)摘要 在激光同轴送粉熔覆中,由于激光与粉末流相互作用,粉末流整体温度分布直接影响激光熔覆的质量。
基于非预混燃烧模型,将激光相处理为连续性介质,粉末颗粒相看作离散相物质,建立了激光作用下粉末流的质量、动量和能量方程。
用Fluent 软件进行了不同激光功率和粉末流速度条件下粉末流整体温度场数值模拟,讨论了各种参数对温度场分布的影响。
为了验证该模型的准确度,利用CCD 比色测温方法测量了粉末流整体温度场分布。
结果表明,数值模拟与CCD 检测结果具有良好的一致性,数值模拟结果对激光熔覆具有指导意义。
关键词 激光熔覆;粉末流;温度场;数值模拟;Fluent 软件;CCD 相机;温度测量中图分类号 T N 249 文献标识码 A doi :10.3788/AOS 20092911.3114Nume rical Simulation of Temperature Fie ld of Coaxial Powder Flowin Lase r CladdingYang Xichen Li Li Zhang Ye(La ser Pr ocessing Cent er ,T ian jin P olytechnic Un iver sit y ,T ia n jin 300160,Chin a )Abstract I n la ser coaxia l cladding,laser casing qualities are directly affected by temperature field of powder flow for the interaction between laser and powers.According to the model of non -premixed c om bustion,regarding laser beam as c ontinuity medium pha se and powder a s disperse medium phase,the conservation equations of mass,m oment um and energy are established in laser and powder puter simulations of tem perature field in different para meters are finished using Fluent software.Some effects of laser c ladding parameters on temperat ure distribution such as laser power and powder flow velocity are discussed.Temperature field distribution in the powder flow is measured by CCD c amera.It is shown that simulation and experimental results agree well,numeric al simulation of temperature field in powder flow is important for laser cladding.Key wo rds la ser cladding;powder flow;temperature field;num eric al simulation;Fluent software;CCD camera;m ea surments temperature收稿日期:2009-07-20;收到修改稿日期:2009-09-28基金项目:国家自然科学基金(60478004)和天津市科技支撑计划重点项目(08ZCKF GX02300)资助课题。
同轴送粉激光熔覆过程中粉光匹配影响因素及控制研究_刘喜明
０ 引 言
送粉激光熔覆技术是近年来发展起来的一项
２ ０ １ ２ ０ ５ ０ ５ 收稿日期 ： － － ） ２ ０ ０ ７ ０ ３ ０ ５ 基金项目 ：吉林省科技厅重大攻关基金资助项目 （
５ １ ４
长 春 工 业 大 学 学 报（ 自然科学版 ） ３卷 第 ３
１ 熔覆材料粉束流的形态与影响因素
束腰和束径的定义 １． １ 熔覆材料粉束流的焦点 、 ／ 不同送粉速率下熔 ０ ０Ｌ ｈ 时， 载 气 流 量 为 ２ 覆材料粉流束腰直径变化照片如图 １ 所示 。
Ｖ ＝ π·
（ ）
１ ２·Ｑ ｄ ２ Ａ
３ — — 送粉速率 （ ， ／ ； 式中 ： 体积送粉速率 ） Ｖ— ｍｍ ｓ ３ — — 载气流量 ， ／ ； Ｑ— ｍｍ ｓ — — 熔覆材料粉流束腰直径 ， ｄ— ｍｍ； ２ — — 喷嘴口 面 积 ， （ 若喷嘴为多个单 Ａ— ｍｍ ， ） 喷嘴构成 Ａ 为总的喷嘴截面积 。
由此得出 ：
／ 图 １ 载 气 流 量 为２ 不同送粉速 ０ ０ Ｌ ｈ时 ， 率下熔覆材料粉流束腰直径变化照片
ｄ＝
ｄ ＝ ｋ· Ｑ π·Ｑ 槡 槡
４ Ａ Ｖ
Ｖ
熔覆材料粉颗粒从送粉器喷嘴喷出后至工件 ） ） ， 表面之前的颗粒运动状态 （ 见图 １（ 熔覆 材 料 ｂ 粉流在流动过程 中 经 历 了 汇 聚 与 发 散 的 过 程 ， 类 似于光经过汇聚 透 镜 后 的 聚 焦 与 发 散 过 程 ， 所不 同的是熔覆材料粉流的空间流动形态是受喷嘴方
； 必要条件之三
是实现良好的熔 覆 材 料 粉 流 束 与 激 光 束 的 匹 配 。 同轴送粉激光熔 覆 工 艺 实 施 过 程 中 ， 熔覆材料粉 在激光束中流动 时 具 有 发 散 性 ， 送粉速率和载气 流量对这种发散性有直接的影响 。 而就激光束的 属性而言 ， 一旦光路系统确定以后 ， 激光束横截面 的形状 、 尺寸 变 化 规 律 就 基 本 确 定 了 下 来 。 为 了 保证激光束的高 能 量 密 度 ， 激光束径尺寸一般均 对同轴送粉激 控制在较小 的 范 围 内 变 化 。 因 此 ， 光熔覆而言 ， 实现 良 好 的 粉 光 匹 配 是 工 艺 实 施 的 文中意 在 对 影 响 送 粉 激 光 熔 覆 过 程 中 关键技术 ， 粉光匹配的因素 及 其 作 用 规 律 进 行 研 究 ， 为激光 熔覆工艺实施过程中相关控制问题的解决提供理 论和实验依据 。
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．
ｅ ｐｅ ｉ ｅ ｔ ｌｒ ｓ ｔ ｈｏ ｔ ｅ ｗａ ｓ ｓ ｍ ｏｖ ｄ ｕ ｎｄ ｅ ｏ ａ ｅ ｉｈ ｔ ｕ ｘ ｒｍ ｎ ａ ｅ ｕｌｓ ｓ ｗ ｈ ｉ ｔｉ ｅ ｐ ａ ｌ ｎｇ ｔ ｄ ｗ ｔ ｈｅ ａ ｇｍ ｅ ｔ ｏ ａ ｒｅ ａ ｌ ｎ ｆ ｃ ｒ ｉ ｒ ｇ ｓ ｆｕｘ
第３ ３卷 第 ５期
２１ ０ ２年 ｌ Ｏ月
长 春 工 业 大 学 学 报（ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ａ ｇ ｈ ｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｆＴｅ ｈ ｎ ｌ ｇ （ ｔ ｒ ｌ ｃｅ ｃ ｉｉｎ） ｏ ｒ ａ ｆＣｈ ｎ ｃ ｕ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｃ ｏ ｏ ｏ ｙ Ｎａ ｕ ａ ｉｎ ｅ Ｅｄ ｔ ｙ Ｓ ｏ
保证 激光 束 的高能 量 密 度 ， 光 束 径 尺寸 一 般 均 激
控制 在较 小 的范 围 内变 化 。因 此 ， 同轴 送 粉 激 对 光熔 覆而 言 ， 现 良好 的粉 光 匹 配 是工 艺 实 施 的 实 关键技 术 ， 中意 在 对 影 响送 粉 激 光熔 覆 过 程 中 文
覆材 料喷 嘴特性 的影 响作 用看 作 系统 因素 ， 带 其 来 的影 响作用 相对 稳 定 ， 响与 控 制 采用 其 它 方 影
法 进行处 理 。而送 粉速率 和 载气 流量是 实施 激光 熔 覆时 的可 变 工艺 参 数 。为 了简 化 分析 过 程 ， 只 分 析熔覆 材料 粉束腰 直径 与送 粉速 率 和载气 流量 之 间的关 系 。 首先 假设 熔覆 材料粉 的 流速与 载气 的流 速相 同且 速度 不变 ， 同时 假设 熔 覆 材 料 粉 流 动时 粉 体
Ｐｏ ｄ —ａｓ ｒ ｍ ａ ｃ ｎ ｎ ｔ ｅ ｃ ａ ａｌｐ ｗ ｄ ｗ ｅｒ ｌ ｅ ｔ ｈｉｇ ｉ ｈ ｏ ｘｉ ｏ ｅｒ ｆ ｅ ｎ ｎ ａ ｅｒｃｌ ｄ ｎ ｒ ｃ ｓ ｅ ｄｉ ｇ ａ ｄ ｌ ｓ ａ ｄｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓ
ＬＩ Ｘ ｉｍ ｉ Ｕ ～ ｎｇ
粉光 匹配 的 因素及 其 作 用 规 律 进行 研 究 ， 激 光 为
熔 覆 工艺 实施过 程 中相关 控制 问题 的解决 提供 理 论 和实 验依 据 。
ｌ 熔 覆 材 料 粉 束 流 的形 态 与 影 响 因素
１ １ 熔覆 材料 粉束 流的焦 点 、 ｌ＊ 束径 的定 义 ． 束ｌ ｎ ｌ 载气 流量 为 ２ ０Ｌ ｈ时 ， 同送 粉 速率 下 熔 ０ ／ 不 覆材料 粉 流束腰 直径 变化 照片 如 图 １所示 。
ｒ ｔ ． Ｔｈ ｔ ｃ ｎｉａ ｐ ｏ ｅ ｓ ｎ ｍａ ｃ ｎ ｓ ａ ｅ ａ ｅ ｅ ｏｕ ｅ ｎ ａ ｒ ｔｃ ｌ ｏｗｄｅ －ａ ｅ ａｅ ｅ ｅ ｈ ｃ ｌ ｒ ｃ ｓ ａ ｄ ｔ ｈｉ ｇ ｔ ｔ ｒ ｘｐ ｎｄ ｄ ｉ ｐ ａｃ ｉａ ｐ ｒ １ ｓ ｒ ｍａｔ ｈ ｎｇ ｃｉ
，
ｗｈ ｌ ｏ ｈ ｔ ｅ ｗａ ｓ ｉ ｍｅ ｅ ｎ ａ ｌ ｕ ａ ｇ ｆ ｃａ ｄ ｎ ｏ ｅ ｎ ｒ ａ ｅ ｗｉｈ ｔ ｅ ｐ ｗｄ ｒ ｆ ｅ ｉ ｇ ｉ ｂ ｔ ｈ ｉ ｔｄ ａ ｔ ｒ ａ ｄ ｆ ｌ ｔ ｒ ｎ ｅ ｏ ｌ ｄ ｉ ｇ ｐ ｗｄ ｒ ｉ ｃ ｅ ｓ ｔ ｈ ｏ ｅ ｅ ｄ ｎ ｅ ｏ
ｍａｔ ｒａ ｔ ｔ ｓ ａ ｄ ｔ ａ ｒｅ ｓ ｆｕ ｎｄ ｐ ｅ ｉ ｌｓ ａ ｅ ｎ ｈｅ ｃ ｒ ｉｒ ｇａ ｌ ｘ ａ ｏｗｄ ｒ ｆ ｅ ｎ ａ ｅ Ｗ ｅ ａ ａ ｙ ｅ ｔ ｆｅ ｔ ａ ｒｅ ａ ｅ ｅ ｄｉ ｇ ｒ ｔ ｎ ｌ ｚ ｈｅ ｅ ｆ ｃ ｓ ｏｆｃ ｒ ｉｒ ｇ ｓ
，
不 同 于传统 的方 法 ， 材料 逐层 积 累形 成零 部 将
件 ， 底改 变 了成 型 制 造 技术 的设 计 思 想 。控 制 彻 熔覆 材料 和基体 材料 的加 热温 度是 实现激 光熔 覆
向位 置称 为熔 覆材 料 束 流 的 焦 点 ； 焦点 上 下 熔 将
覆 材料粉 明显 聚集 的 区域 称 为熔覆 材料 粉流 的束
ｓ ｔｍ ． ｙｓ ｅ
Ｋｅｙ ｗｏ ｄ ｒ ｓ： ｌ ｓ ｒ ｂ ａ ；ｅ ｆ ｃ ｉ ｅ ｄｉ ｍ ｅ ｅ ａｅ ｅ ｍ ｆｅ ｔｖ ａ ｔ ｒ；ｗ ａ ｓ ｉ ｍ ｅ ｅ ｉ ｔｄ ａ ｔ ｒ； ｐ ｏｗｄｅ － ｓ ｒ ｍ ａ ｃ ｎｇ ｒ ａ ｅ ｔ ｈｉ
．
０ 引
送 粉激 光熔 覆 技术 是 近年来 发 展起 来 的一项
影 响 粉 光 匹 配 的 状 态 。将 熔 覆 材 料 颗 粒 大 小 和 熔
在 激光 束 中流 动 时具 有 发 散性 ， 粉速 率 和 载 气 送
流量对 这 种发散 性有 直接 的影 响 。而就激 光束 的 属性 而言 ， 一旦光 路 系统确 定 以后 ， 激光束 横截 面 的形状 、 寸变 化 规 律 就 基本 确 定 了下来 。为 了 尺
—・ ｋ √
熔 覆材 料粉 颗粒从 送 粉器 喷嘴 喷出后 至工件
表 面之 前 的颗粒 运动状 态 （ 图 １ ｂ ） 熔 覆 材 料 见 （），
粉流 在 流动过 程 中经 历 了 汇 聚与 发 散 的过 程 ， 类
腰 的特性 ， 在此 引 入 了熔 覆 材 料 粉 束 流 的束 径 和
腰 长的概 念 ， 熔 覆 材料 粉 流 束 腰 区 域 近似 为 圆 将
柱状。
现熔覆 材 料与基 体 的冶金 结合 ； 必要 条件 之 三
是实 现 良好 的熔覆 材料 粉 流 束 与 激光 束 的 匹 配 。
光束 中后 直到 落 到基 体 表 面前 ， 须保 证 熔 覆 材 必
料粉 颗粒 始终 在 激 光束 中被 加 热 ； 必要 条 件 之 二 是熔 覆材 料与 基体 表 面 同时 被 加热 ， 要 保 证 基 且 体表 面被 加热 到熔 化 或 具 有 表 面 活性 状 态 ， 以实
为 了描述 粉光 匹配方 便 和反 映熔覆 材料 粉束
．
ｆｕ ｌ ｘ，ｐ ｗｄ ｒ ｆ ｅ ｉｇ ｒ ｔ ｎ ｈ ｏ ｅ ｊｃ ｉｎ ａ ｇ ｅ ｏ ｔ ｅ ｗａｓ ｄａ ｔｒ ａ ｄ ｅ ｇ ｈ Ｔｈｅ ｏ ｅ ｅ ｄｎ ａ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｗｄ ｒ ｅｅ ｔｏ ｎ ｌ ｎ ｈ ｉｔ ｉｍｅ ｅ ｎ ｌｎ ｔ
料 表 面工 程领 域 的新技 术 。送 粉激 光熔 覆快 速成
５４ １
长 春 工 业 大 学 学 报（ 自然 科 学 版 ）
第 ３ ３卷
型技术 是采 用激 光熔 覆技 术制造 零件 的新 技术 之
一
向角 、 载气 流 速 和送 粉 速 率 等 因 素 的影 响 。 为分 析 问题方 便 ， 熔 覆 材 料粉 流 直 径 最 小 的束 流轴 将
ａ ｅ ｌ ｌ ｄ ｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓｕ ｄ ｒｔ ｅｆｘ ｄ ｃ ｎ ｉｉ ｎ ｒ ｎ ｅ ｔ ａ ｅ ｏ ｏ ｔ ｉ ｈ ｅ ａ ｉ ｎ ｈ Ｄ ｂ ｔ ｅ ｈ ｓ ｒ ｃａ ｄ ｎ ｒ ｃ ｓ ｎ ｅ ｈ ｉ ｅ ｏ ｄ ｔｏ ｓａ ｅ ｉ ｖ ｓ ｉ ｔ ｄ ｔ ｂ ａ ｎ ｔ ｅ ｒ ｌ ｔ ｓ ｉ ｅ ｗｅ ｎ ｔ ｅ ｇ ｏ
收 稿 日期 ：２ １ ５ ０ ｏ ２０ — ５ 基 金 项 目 ：吉林 省 科 技厅 重 大 攻 关 基 金 资 助 项 目 （０ ７ ３ ５ ２０００ ）
新技 术 ， 含 了激 光 技 术 、 ＡＤ技 术 、 控 技 术 、 包 Ｃ 数
新 材料 等 诸多 领 域 的 新 的材 料 加 工 方 法 ， 于材 属
Ａ —— 喷 嘴 口面 积 ， ｍｍ 若 喷 嘴 为多 个 单 （ 喷 嘴构成 ， 为总 的喷 嘴截 面积 ） Ａ 。
由此 得 出 ：
图 １ 载 气 流 量 为 ２ ｏＩ／ ｏ ｈ时 ， 同 送 粉 速 不
ｄ 一
率 下熔 覆材 料 粉 流 束 腰 直 径 变 化 照 片
√
，
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈｅ ｃ ｒ ｉ ｒ ｇ ｓ ｆｕ ｎｄ ｐｏ ｅ ｅ ｄ ｎ ａ ｅ ｄ ｉ ｇ ｔ ｎ ｔ ｏ ｘｉｌｐｏ ａ ｒｅ ａ ｌ ｘ ａ ｗｄ ｒ ｆ ｅ ｉ ｇ ｒ ｔ ｕｒｎ ｈｅ ｉ ｈｅ ｃ ａ ａ ｗｄｅ ｅ ｄ ｎｇ ａ ｒ ｆ ｅ ｉ ｎｄ
问间隙 可 忽 略 。粉 体 流 速 为 Ｑ Ａ ／
（ 粉速 率 ） ： 送 为
粉 体 流 量
Ｖ 丌 ｆ Ａ 一 ‘专 ）‘
式 中 ： ——送 粉速 率 （ 积送 粉速 率 ） ｍｍ。 ｓ 体 ， ／； Ｑ—— 载气 流量 ， ｍｍ。 ｓ ／； ｄ——一 覆材料 粉 流束腰 直径 ， 熔 ｍｍ；
验 结 果表 明， 增大 载 气流 量会使 熔 覆材 料粉 流 束腰 上 移并 拉长 ， 高送粉 速 率会 导致 熔覆 材 料 提 粉 流束 腰直 径 增大 和熔 覆材 料散 落 范 围增 大 。结合 实 际激 光 熔覆 粉 光 匹配 状 态 ， 明 了实现 阐
粉 光 匹配优 化 的工 艺过 程 。 关键 词 ：激光 束 ；有 效直 径 ；束腰 直 径 ；粉 光 匹配 中 图分类 号 ： ＴＢ ３ 文献标 志 码 ： Ａ 文 章编 号 ：１ ７ ３ （ Ｏ — ０ ～５ ３０ ６ ４ １ ７ ２ １ ）５０ １— ８ ｌ ０
１ ２ １ 熔覆材 料粉 束腰 直径 的影 响 因素分析 ．．
同轴送 粉 激光熔 覆 工 艺 实 施过 程 中 ， 覆 材 料 粉 熔
熔覆 材料 运 动 情 况 参 照 图 １ 综 合 分 析 熔 覆 ， 材料 粉束 流 的束 腰 直 径 受 送粉 速率 、 载气 流 量 的 影 响规律 ， 在此 不 考 虑熔 覆 材 料 颗 粒 的大 小 及 熔 覆材 料喷 嘴特性 等 因素 的影 响 。在 激光束 参数 确 定 的情况 下 ， 覆 材料 粉 流 束 腰 直径 的大 小 直 接 熔