基于能量法的激光熔覆构件疲劳寿命评估研究

发布时间：2021-11-20 06:20

　　激光熔覆零件疲劳寿命评估一直是制约激光熔覆技术在工程中推广应用的一个重要因素,现有研究多为试验研究,缺乏理论分析。为量化评估激光熔覆试件的疲劳寿命,并确定熔覆过程的最优速度参数,采用能量法,综合考虑相变及熔覆过程能量变化规律,建立了激光熔覆构件疲劳寿命评估模型,模型计算结果和试验结果基本吻合。评估模型计算结果表明采用同步送粉法,激光功率、光斑直径及送粉速率一定的情况下,V是180mm/min时为最优参数。 

【文章来源】：光学技术. 2020,46(05)北大核心CSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

激光熔覆试件加工流程示意图

疲劳试验在图2所示的SDS100型电液伺服疲劳试验机上进行,采用载荷控制方式,每一次试验都选用3个试件进行重复试验,并取3次试验结果的平均值作为最终试验结果,以减小疲劳试验的误差。疲劳试验施加载荷为260MPa,应力比R=-1,加载频率为20Hz,正弦波形。疲劳试验结果见表5。2.3 熔池尺寸确定

表5 熔覆试件理论寿命及疲劳试验结果 参数 理论寿命 疲劳试验寿命 误差/% 试件1 试件2 试件3 平均 P1 3521 2278 2986 2592 2619 34.4 P2 3455 3531 3629 3691 3617 4.5 P3 3510 3240 3869 3674 3594 2.3 P4 3498 3654 3739 3644 3679 4.9 P5 2748 2086 1299 1119 1501 82.1由表5和图3可知,五种不同参数的疲劳试件的试验寿命和评估模型计算寿命之间的误差差距较大,参数2、参数3和参数4的误差在5%以内,评估结果和疲劳试验寿命吻合的非常好。参数1和参数5模型评估结果和疲劳试验寿命间的误差很大,分别达到了34.4%和82.1%。评估结果和疲劳试验寿命间的误差并不是随着扫描速度的增加而逐渐增大的,而是先降低后升高,参数1和参数5误差大的原因是参数1扫描速度太慢引起烧蚀,参数5扫描速度太快,熔覆粉末和基体没有形成冶金结合。烧蚀及没有形成冶金结合都会使熔覆试件的疲劳寿命大幅降低,进而表现为和理论寿命有较大误差。烧蚀及没有形成冶金结合对激光熔覆加工而言是无效的,因此参数1和参数5不适合应用于工程实际,故而在文中试验条件下,只有参数2、参数3和参数4是有效参数。综上分析可以看出参数3即熔覆速度为180mm/min时可以得到较为理想的熔覆构件。

【参考文献】：
期刊论文
[1]激光熔覆修复对TC4钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响[J]. 葛茂忠,项建云,范真.  材料导报. 2018(16)
[2]基于能量耗散理论的载荷频率对A7N01铝合金高周疲劳行为影响[J]. 程永明,方喜风,韩文峰.  焊接学报. 2017(12)

博士论文
[1]基于能量耗散的金属疲劳损伤表征及寿命预测[D]. 李斌.西北工业大学 2014

硕士论文
[1]面向再制造截齿的有限元分析及疲劳寿命预测[D]. 郭孝敏.中北大学 2019
[2]面向绿色再制造的单道激光熔覆几何特征的研究[D]. 许波.南京航空航天大学 2011



本文编号：3506747