基于复合堆焊的激光熔覆修复技术的实验研究

论文摘要

随着现代工业的发展,机械零部件经常处于异常复杂和苛刻的条件下工作,大量的机械装备往往因磨损、腐蚀或磨蚀而报废。堆焊和热喷涂技术是提高机械零部件表面性能的重要途径之一。常用的堆焊方法包括电弧堆焊、等离子堆焊、激光堆焊等,其中激光堆焊可以获得高性能(如耐磨性、耐腐蚀性能、抗氧化性能、热障性能、抗气蚀和冲蚀磨损等)的合金堆焊层,在工业应用上展现了广阔的应用前景。但是单一堆焊技术在实际应用中总是无法发挥其最大效益,复合堆焊技术是在基体上采取不同堆焊工艺、不同堆焊材料复合的方式来进行堆焊的一种方法,其可以充分发挥激光工艺的优越性能。通过研究金属材料组织与性能之间的关系,得出组织决定性能的结论,且机械性能与工艺性能反映组织形态;分析了堆焊层组织与常规铸造组织的异同,研究了在已有堆焊层上进行二次堆焊的可能性;研究了在堆焊过程中各种热处理工艺的应用特点,从组织转变方面展开了分析;通过研究不同基体的激光熔覆的组织特性,得出了基体材料对激光熔覆质量的影响规律及各熔覆层的组织特点,为复合堆焊修复技术的“新基体”的可堆焊性提供理论基础;研究了手工电弧堆焊、等离子弧堆焊组织特点。简单介绍了复合堆焊实验采用的设备、选择的基体与堆焊材料及堆焊工艺;主要研究了在等离子弧堆焊层上采用激光堆焊方式进行二次堆焊、在手工电弧焊堆焊层上采用激光堆焊方式进行二次堆焊的实验, 45#钢激光堆焊三层镍基合金的试验;对三组试验得到的试样进行了显微组织研究,结合堆焊试验不同的基体材料分析堆焊区金相组织的特点,并对比未激光堆焊之前的堆焊组织,结合组织分析出现各种现象的原因,并对本次复合堆焊实验效果进行分析。测量堆焊试样的硬度分布,结合其显微组织特点来分析其硬度分布的规律,结合硬度与强度、耐磨性的一般性关系来分析其强度、韧性及耐磨性的一般规律,从宏观上分析堆焊层或基体出现裂纹的原因。对复合堆焊技术及传统的堆焊技术来说,裂纹始终是一个棘手的问题。分析传统堆焊技术裂纹出现的问题,提出避免裂纹的措施,为控制和减少复合堆焊工艺中的裂纹提供依据。在现有的相对比较成熟的堆焊技术应用的基础上,复合堆焊技术能更大的发挥各堆焊技术的优势,使修复效果与经济效益最大化。可以预见的是,复合堆焊修复技术一旦在实际中展开应用,必将获得极大的经济效益与社会效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 堆焊技术概述
• 1.1.1 堆焊技术
• 1.1.2 堆焊层质量评价指标
• 1.1.3 常用堆焊技术
• 1.1.4 复合堆焊修复技术
• 1.2 堆焊技术的研究现状
• 1.3 本课题的研究内容
• 第二章 复合堆焊修复技术可行性理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 金属材料组织与性能的关系
• 2.2.1 堆焊层的组织及其性能特点
• 2.2.2 堆焊过程中应用到的热处理工艺
• 2.2.3 铁碳合金材料组织与性能的关系
• 2.2.4 马氏体相变的基础理论
• 2.2.5 硬度、强度与耐磨性的影响因素
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于复合堆焊的激光熔覆实验
• 3.1 引言
• 3.2 基体性质对堆焊质量的影响
• 3.3 试验验证
• 3.3.1 铸铁基体的堆焊特点
• 3.3.2 铸钢基体的堆焊特点
• 3.3.3 中碳钢（45 钢）基体的堆焊特点
• 3.3.4 铜基体的堆焊特点
• 3.3.5 低碳钢的堆焊特点
• 3.3.6 钛合金基体的堆焊特点
• 3.4 本章小结
• 第四章 复合堆焊修复技术实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验研究内容
• 4.2.1 试验系统
• 4.2.2 试验材料
• 4.2.3 试验过程
• 4.3 试验结果分析与讨论
• 4.3.1 电弧堆焊+激光堆焊复合堆焊层金相组织
• 4.3.2 等离子弧堆焊+激光堆焊复合堆焊层金相组织
• 4.3.3 中碳钢基体上激光堆焊梯度堆焊层
• 4.4 本章小结
• 第五章 复合堆焊试样裂纹分析及控制措施
• 5.1 裂纹产生的影响因素
• 5.2 基体的选择与处理
• 5.2.1 基体材料的选择
• 5.2.2 基体预热与焊后热处理
• 5.3 粉末材料的优选和匹配
• 5.3.1 调整熔覆合金粉末成分
• 5.3.2 添加稀土元素
• 5.4 改善熔覆环境
• 5.5 其他措施
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文