开放环境下钛合金激光熔覆局部保护气体的质量分布

李刚; 张津超; 石世宏; 程东霁

doi:doi:10.3788/CJL201946.0702007

中国激光, 2019, 46 (7): 0702007, 网络出版: 2019-07-11

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Mass Distribution of Local Shielding Gas for Laser Cladding of Titanium Alloy in Open Environment

李刚张津超 ^*石世宏程东霁

作者单位

苏州大学机电工程学院, 江苏苏州 215021

图 & 表

图 1. 同轴熔覆喷嘴示意图

Fig. 1. Schematic of coaxial cladding nozzle

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图 2. 同轴喷嘴流道模型

Fig. 2. Flow channel model of coaxial cladding nozzle

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图 3. 氩气质量分数分布云图。(a)基于质量分数云图的保护气体流线图;(b)基材表面保护气体的质量分布

Fig. 3. Contours of mass fraction of argon. (a) Streamline chart of shielding gas based on contour of mass fraction; (b) mass distribution of shielding gas above substrate

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图 4. 保护气体入口数量对氩气质量分数的影响

Fig. 4. Effects of shielding gas inlet numbers on mass fraction of argon

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图 5. 保护气体入口数量对有效长度的影响

Fig. 5. Effects of shielding gas inlet numbers on effective protection length

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图 6. 保护气体流量对有效范围的影响

Fig. 6. Effect of flow rate of shielding gas on effective protection domain

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图 7. 不同保护气体流量下Ti-6Al-4V单道熔覆层的外观。(a) 20 L·min-1;(b) 40 L·min-1;(c) 30 L·min-1;(d) 10 L·min-1

Fig. 7. Exterior of single cladding layers of Ti-6Al-4V alloy under different flow rates of shielding gas. (a) 20 L·min-1; (b) 40 L·min-1; (c) 30 L·min-1; (d) 10 L·min-1

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图 8. Ti-6Al-4V多道搭接熔覆层的成形形貌。(a)多道单层;(b)单道多层

Fig. 8. Morphologies of multi-track-overlapped cladding layers of Ti-6Al-4V alloy. (a) Multi-track and single layer; (b) single-track and multilayer

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图 9. 单道熔覆层的横截面形貌

Fig. 9. Cross-section morphology of single-track cladding layer

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图 10. 扫描方向上一点的温度变化曲线

Fig. 10. Curve of temperature variation at one point in scanning direction

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表 1保护气的入口速度

Table1. Velocity of shielding gas

No.	Inletnumber	Inletangle /(°)	Flow rate /(L·min^-1)	Velocity /(m·s^-1)
1	2	45	30	19.89
2	3	45	30	13.26
3	4	45	30	9.95
4	6	45	30	6.63
5	4	60	30	9.95
6	4	75	30	9.95
7	4	45	10	3.32
8	4	45	20	6.63
9	4	45	40	13.26
10	4	45	50	16.58

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李刚, 张津超, 石世宏, 程东霁. 开放环境下钛合金激光熔覆局部保护气体的质量分布[J]. 中国激光, 2019, 46(7): 0702007. Gang Li, Jinchao Zhang, Shihong Shi, Dongji Cheng. Mass Distribution of Local Shielding Gas for Laser Cladding of Titanium Alloy in Open Environment[J]. Chinese Journal of Lasers, 2019, 46(7): 0702007.

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图 1. 同轴熔覆喷嘴示意图

Fig. 1. Schematic of coaxial cladding nozzle

图 2. 同轴喷嘴流道模型

Fig. 2. Flow channel model of coaxial cladding nozzle

图 3. 氩气质量分数分布云图。(a)基于质量分数云图的保护气体流线图;(b)基材表面保护气体的质量分布

Fig. 3. Contours of mass fraction of argon. (a) Streamline chart of shielding gas based on contour of mass fraction; (b) mass distribution of shielding gas above substrate

图 4. 保护气体入口数量对氩气质量分数的影响

Fig. 4. Effects of shielding gas inlet numbers on mass fraction of argon

图 5. 保护气体入口数量对有效长度的影响

Fig. 5. Effects of shielding gas inlet numbers on effective protection length

图 6. 保护气体流量对有效范围的影响

Fig. 6. Effect of flow rate of shielding gas on effective protection domain

图 7. 不同保护气体流量下Ti-6Al-4V单道熔覆层的外观。(a) 20 L·min-1;(b) 40 L·min-1;(c) 30 L·min-1;(d) 10 L·min-1

Fig. 7. Exterior of single cladding layers of Ti-6Al-4V alloy under different flow rates of shielding gas. (a) 20 L·min-1; (b) 40 L·min-1; (c) 30 L·min-1; (d) 10 L·min-1

图 8. Ti-6Al-4V多道搭接熔覆层的成形形貌。(a)多道单层;(b)单道多层

Fig. 8. Morphologies of multi-track-overlapped cladding layers of Ti-6Al-4V alloy. (a) Multi-track and single layer; (b) single-track and multilayer

图 9. 单道熔覆层的横截面形貌

Fig. 9. Cross-section morphology of single-track cladding layer

图 10. 扫描方向上一点的温度变化曲线

Fig. 10. Curve of temperature variation at one point in scanning direction

表 1保护气的入口速度

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图 3. 氩气质量分数分布云图。(a)基于质量分数云图的保护气体流线图;(b)基材表面保护气体的质量分布

Fig. 3. Contours of mass fraction of argon. (a) Streamline chart of shielding gas based on contour of mass fraction; (b) mass distribution of shielding gas above substrate

图 4. 保护气体入口数量对氩气质量分数的影响

Fig. 4. Effects of shielding gas inlet numbers on mass fraction of argon

图 5. 保护气体入口数量对有效长度的影响

Fig. 5. Effects of shielding gas inlet numbers on effective protection length

图 6. 保护气体流量对有效范围的影响

Fig. 6. Effect of flow rate of shielding gas on effective protection domain

图 7. 不同保护气体流量下Ti-6Al-4V单道熔覆层的外观。(a) 20 L·min-1;(b) 40 L·min-1;(c) 30 L·min-1;(d) 10 L·min-1

Fig. 7. Exterior of single cladding layers of Ti-6Al-4V alloy under different flow rates of shielding gas. (a) 20 L·min-1; (b) 40 L·min-1; (c) 30 L·min-1; (d) 10 L·min-1

图 8. Ti-6Al-4V多道搭接熔覆层的成形形貌。(a)多道单层;(b)单道多层

Fig. 8. Morphologies of multi-track-overlapped cladding layers of Ti-6Al-4V alloy. (a) Multi-track and single layer; (b) single-track and multilayer

图 9. 单道熔覆层的横截面形貌

Fig. 9. Cross-section morphology of single-track cladding layer

图 10. 扫描方向上一点的温度变化曲线

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