1 苏州大学机电工程学院，江苏 苏州 215021
2 苏州大学光电科学与工程学院，江苏 苏州 215006
激光熔丝沉积技术是一种输送丝材并以激光为热源的定向能量沉积技术。为了探讨同轴熔丝过程的机理与效应，采用自主研发的激光内同轴送丝熔化沉积技术来分析研究基板受辐照比值对于熔丝过程稳定性的影响；借助高速相机拍摄并分析熔丝沉积过渡阶段机理；通过数学模型计算与实验验证的方式研究了熔丝沉积动态过程与工艺参数之间的关系。结果表明：较小的基板受辐照比值会引起“液滴”过渡熔丝行为，即处于稳定与不稳定的临界状态；而基板受辐照比值较大时会引起“液桥”过渡熔丝行为，即处于一个相对稳定的状态。本研究对激光熔丝沉积的动力学稳态性分析具有一定的指导意义。
激光光学 激光熔化沉积 光内同轴送丝 基板受辐照比值 过程稳定性 高速摄像
研究“三分光束”光内同轴送丝激光熔覆各工艺参数的工艺区间及参数与熔覆层几何形貌映射关系。首先，采用单因素实验方法研究激光功率、扫描速度、送丝速度、离焦量四个工艺参数的工艺区间；其次，以熔覆层的高度、宽度、横截面积作为熔覆层几何形貌的量化指标；最后，分别建立神经网络模型和二次回归模型实现熔覆工艺参数和熔覆层形貌量化指标之间映射关系的预测。基于单道单因素实验，当激光功率介于1 300~1 700 W，扫描速度介于3~7 mm/s，送丝速度介于9~15 mm/s，离焦量介于?2.5~?1.5 mm时能获得液桥过渡熔覆质量较好的单道。在对测试样本数据的预测中，在置信度85%情况下，BP神经网络模型对熔覆层高度、宽度、横截面积的预测精度分别为100%, 100%, 93.33%，均方根误差分别为0.21, 0.07, 0.24；二次回归模型的精度分别为100%, 66.67%, 73.33%，均方根误差分别为0.21, 0.13, 0.28。结论说明二次回归模型中变量的交叉项未能拟合送丝熔覆多变量耦合的非线性过程，而BP神经网络得到较好的预测结果。
激光熔覆 三分光束 光内同轴送丝 二次回归 BP神经网络 laser cladding three bean coaxial wire feeding quadratic regression BP neural network 红外与激光工程
2020, 49(3): 0305005
激光填丝焊是一种具有广泛应用领域的焊接工艺。针对现有旁送丝填焊工艺存在的不足,提出了光束中空、正向同轴送丝创新方案。利用所研制的光内同轴送丝焊接装置进行了焊接试验。结果表明,同轴送丝焊接具有光丝耦合姿态固定、热源对称、能量分布合理等突出优势。焊缝表面光滑平整,截面形状对称。焊缝质量各向同性,适用于一维和多维焊接。对变动激光功率、扫描速度和送丝速度进行了工艺试验,获得了一组优化的工艺参数。焊缝的扫描电镜(SEM)分析和拉伸试验表明,激光光内同轴送丝所获得的焊道组织致密、均匀,无气孔、夹渣等缺陷,是理想的激热激冷组织;焊缝与基材结合牢固,结合区无明显缺陷。
激光技术 激光填丝焊 环形激光 光内同轴送丝
基于“光束中空,光内送丝”的专利技术,实现了同轴送丝新工艺。这种新装置改光外倾斜送丝为光内垂直正向送丝,实现了光、丝精确耦合和熔道的各向同性。光内送丝熔覆成形试验表明:丝材熔化充分,熔道均匀平滑;熔覆组织致密,晶粒细小;平面搭接和立体堆积成形件均匀完整,熔道质量沿各方向均匀一致,无扫描方向性影响。光内送丝熔覆使三维送丝成形成为可能。
激光技术 激光熔覆 光内同轴送丝 直接成形 扫描方向性
