不诱钢侧向送丝激光熔覆修复研究
本文关键词:不诱钢侧向送丝激光熔覆修复研究
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【摘要】:侧向送丝激光熔覆修复技术是一种新型的修复技术,它无需借助模具和刀具,依靠自动送丝工艺,通过完全熔化金属丝,基于分道分层叠加的原理,可以修复磨损或有缺陷的零件。目前侧向送丝激光熔覆修复技术已成为国内外修复技术方面的研究热点,把侧向送丝激光熔覆修复技术应用在工程中常见的不锈钢材质上,在市场上具有广阔的潜力,同时由于激光熔覆技术具有热输入小、冷却速度大和凝固速度快等传统修复技术没有的特点,因此本文在科研上对于了解不锈钢快速凝固后的组织和性能也有重要的意义。本文以热轧状态下的316L不锈钢板为基体材料,以表面激光熔覆修复和凹槽激光熔覆修复为目标,采用ER308L、ER309LSi、ER316L不锈钢焊丝进行侧向送丝激光熔覆修复实验。通过对侧向送丝激光熔覆修复工艺、熔覆层组织及性能进行系统的研究,以求在得到致密熔覆修复层的前提下确定合理的修复方案。本文的主要研究内容和结论如下:(1)采用ER308L金属丝材,对侧向送丝激光熔覆修复的工艺进行研究并优化,得出激光能量密度为100 J/mm2、熔丝率为39.44×10-6 g/J下的低、中、高功率三组最佳单道工艺参数组合;确定了合适的搭接率范围为45%~53%,此范围内熔覆修复层的表面平整度大致在100μm以下;根据熔覆道高度,考虑到实践应用,在高功率最佳工艺组合下进行了层间距为1 mm的多层多道激光熔覆修复实践,取得了良好效果。(2)针对平面磨损、浅裂纹等修复问题提出表面激光熔覆修复方案。选用ER308L、ER309LSi和ER316L三种丝材,采用高功率下的最佳工艺参数组合,分别进行了表面激光熔覆修复实践。通过对三种丝材下的得到的熔覆修复层宏观质量、微观组织和力学性能的对比研究,得出熔覆修复层表面相对平整光滑、内部组织均匀致密,与基材形成了良好的冶金结合;熔覆修复层都分布有多种晶粒形态类型,其中平面晶、胞状晶和各种树枝晶都有发现,但以柱状树枝晶分布为主;熔覆修复层凝固模式都包含了FA模式,但采用ER316L丝材得到的熔覆修复层还掺杂有AF模式;不同丝材下得到的熔覆修复层的室温组织中铁素体含量也不同,采用ER308L和ER309LSi得到的熔覆修复层中平均铁素体含量较高在10%左右,而采用ER316L丝材其含量较低约为4%;熔覆修复层显微硬度与基材相当,热影响区无软化区存在;熔覆修复层的抗拉强度和延伸率最高值可达到基材的90%以上,在拉伸样的断口都有韧窝分布,断裂形式为典型的韧性断裂。综合考虑成本及实践效果等因素,ER308L金属焊丝可选为316L不锈钢基材的最佳修复丝材。(3)针对严重缺损、深裂纹等缺陷问题设计了梯形斜坡状凹槽激光熔覆修复方案并采用ER308L金属焊丝进行了修复实践,实验中通过选用合适的工艺参数最终成功修复了凹槽,取得了良好的效果。
【关键词】:不锈钢 激光熔覆修复 微观组织 显微硬度 力学性能
【学位授予单位】:上海工程技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TG174.4
【目录】:
- 摘要6-8
- ABSTRACT8-12
- 第一章 绪论12-27
- 1.1 引言12-13
- 1.2 不锈钢的简介13
- 1.3 激光熔覆定义及其研究现状13-20
- 1.3.1 激光熔覆工艺优化研究现状13-16
- 1.3.2 激光熔覆表面改性研究现状16-18
- 1.3.3 激光熔覆表面修复和快速成形研究现状18-19
- 1.3.4 目前激光熔覆中存在的主要问题19-20
- 1.4 侧向送丝激光熔覆修复技术特点20-25
- 1.4.1 侧向送丝激光熔覆修复技术基本原理20-22
- 1.4.2 侧向送丝激光熔覆修复熔化特点22-23
- 1.4.3 影响侧向送丝激光熔覆层质量的因素23-25
- 1.5 本课题主要研究内容25-27
- 第二章 试验材料、设备及试验方案27-34
- 2.1 试验材料27
- 2.2 激光熔覆修复设备27-31
- 2.2.1 激光器与熔覆头28-29
- 2.2.2 运动控制装置29-30
- 2.2.3 侧向送丝装置30
- 2.2.4 气体保护装置30-31
- 2.2.5 监测装置31
- 2.3 试验方案31-32
- 2.3.1 激光熔覆修复工艺研究及其参数优化方案31
- 2.3.2 表面激光熔覆修复实践研究方案31-32
- 2.3.3 凹槽激光熔覆修复实践研究方案32
- 2.4 质量检测及其设备32-34
- 2.4.1 制样及表面缺陷检测32-33
- 2.4.2 显微组织检测33
- 2.4.3 硬度检测33
- 2.4.4 力学性能及断口形貌分析33-34
- 第三章 激光熔覆修复工艺及其参数优化34-53
- 3.1 单层单道激光熔覆修复工艺研究34-48
- 3.1.1 单因素试验法36-40
- 3.1.2 正交试验法40-47
- 3.1.3 单道熔覆修复工艺参数选择47-48
- 3.2 多层多道激光熔覆修复工艺研究48-52
- 3.2.1 多道搭接率选择48-51
- 3.2.2 多层层间距选择51-52
- 3.3 本章小结52-53
- 第四章 表面激光熔覆修复实践研究53-80
- 4.1 宏观质量53-57
- 4.1.1 表面质量53-54
- 4.1.2 内部质量54-57
- 4.2 显微组织57-72
- 4.2.1 采用ER308L丝材得到的三层熔覆修复层显微组织61-67
- 4.2.2 采用ER309LSi和ER316L丝材得到的三层熔覆修复层显微组织67-72
- 4.3 显微硬度72-74
- 4.4 弯曲试验74-75
- 4.5 拉伸试验及其断口形貌75-79
- 4.6 本章小结79-80
- 第五章 凹槽激光熔覆修复实践研究80-85
- 5.1 凹槽缺陷激光熔覆修复设计80-81
- 5.2 凹槽缺陷激光熔覆修复实践81-84
- 5.3 本章小结84-85
- 第六章 总结与展望85-87
- 6.1 主要结论85-86
- 6.2 后期研究展望86-87
- 参考文献87-91
- 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果91-92
- 致谢92-93
【参考文献】
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,本文编号:757017
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