激光焊接熔覆微观结构分析显微镜

激光焊接熔覆微观结构分析显微镜-激光熔覆技术

  对于研究新型合金系统和开发新材料工作来说，激光熔覆是一个强有
力的工具。在激光熔覆过程中，扫描激光束会将不同元素混合粉末以及薄
薄的一层基底材料同时熔化。一旦激光束移开，由于热量快速传递给其余
大部分基底，熔化池中物质会凝同。由于具有高冷却率，故激光处理后的
材料几乎不发生频繁地平衡相变，最终达成良好的微观结构，并且一般会
含有非平衡相和过饱和同溶体

  光熔覆建模采用同轴喷粉的激光熔覆技术涉及一系列复杂的物理现象
，比如激光一粉末相互作用、热传导、熔化、流体流动和凝固。此外，由
于使用了高功率激光，故会伴随产生蒸发和等离子体。为了实现对尺寸的
精确控制，首先需要了解各种工艺参数，如激光功率、送粉速率、激光扫
掠速度等，对涂层外形造成的影响。通过测量目标区域温度冷却过程数据
，即可预测涂层最终微观结构。激光焊接后的微观结构也可通过相同的步
骤来预测。在多组分材料涂层工艺中，在凝固界面合理的溶质分离条件下
，就可以通过求解物质传输方程来获取固化层中溶质浓度的分布情况。

  在考虑吹粉流引起激光功率衰减的基础上，建立了三维瞬态模型。他
们将修正导热系数计人液态金属热毛细管现象，而忽略流体流动影响。通
过熔化池内质量沉积不断堆积小层，最终形成涂层外形。Zhao等提出了一
个使用三维有限元法建立的准稳态激光熔覆模型。其模型与Hoadley的模型
相似，但重点放在了稀释率控制上。近来，他们又提出了
一个三维瞬态激光熔覆模型，其中通过能量方程耦合方式彻底解决了流体
流动问题。采用固／液连续介质模型模拟了熔化
和凝同现象，他们采用简单的指示变量法来不断修正熔化池自由表面的增
长，而无须精确计算与曲率相关的流体表面形状。

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