基于人工神经网络(ANN)技术,采用MATLAB作为开发平台,建立了激光熔覆参数与熔覆层特征及性能之间的关系模型。模型以激光功率、扫描速度、光斑直径、涂层成分配比作为输入参数,以熔覆层硬度、熔覆层宽度和高度作为输出参数,对熔覆层的特征与性能进行了预测。结果表明,该模型的平均误差较小,网络训练后检验精度较高,具有较好的预测能力。该模型能够用于预测铝合金表面激光熔覆层的特征与性能。

基于热-结构间接耦合非线性有限元分析，在不同的激光工艺参数下，利用ANSYS生死单元技术对激光熔覆的温度场和应力场进行了数值模拟，研究了激光功率和扫描速度对温度场和应力场分布规律的影响。结果表明，通过分析有限元模型的温度分布规律和试件金相组织的形貌特征，验证了该模型的可靠性；熔覆层温度变化分为脉冲式急速上升和呈双曲线形状下降两个阶段；沿激光扫描方向，熔覆层表面多个节点的温度-时间曲线具有逐渐增大的峰值；熔覆层与基体结合面中部沿Z轴方向，靠近固定端应力较大，基底中部沿X轴方向应力呈W状对称分布，自由端中部沿Y轴方向，熔覆层和基体结合处易产生应力集中和突变。

利用有限元软件ABAQUS对激光熔覆成形的过程进行了数值仿真模拟,建立了激光熔覆成形温度场的传热数值仿真模型,并对仿真结果进行了分析。进行试验验证,预测结果与试验测量结果能较好的吻合,最大误差不超过8%,这表明所建温度场数值仿真模型合理。因此可用该数值仿真模型分析激光熔覆工艺参数对温度场的影响,以及模拟计算熔覆层的高度和重熔深度,从而为激光熔覆成形的应用提供了理论和技术支持。

建立了基于CCD摄像机的激光熔覆过程检测系统，得到熔池的动态变化过程。从动态视频中读取每祯数字图像，获得稳定的熔池区图像。对熔池图像处理的算法进行研究，得到清晰准确的熔池形貌边缘;提取熔池中心，得到单道熔覆层熔池的相对高度变化，能够近似表征沉积表面的起伏。在图像采集卡与计算机图像处理单元互相通信和采集软件模块的基础上进行连续视频图像实时处理程序的开发，在0.2 s内完成对图像的采集处理工作，为获得精确的熔池位置偏差和激光熔覆过程控制提供了检测基础。

将反馈型(BP)神经网络和遗传算法(GA)相结合用于激光多层熔覆厚纳米Al2O3-13%TiO2(质量分数)陶瓷涂层的工艺参数优化，根据3因素3水平正交试验结果对神经网络模型结构进行训练，建立了熔覆工艺参数(熔池闭环控制温度、超声振动频率及保温箱预热温度)与涂层性能(结合强度和显微硬度)之间的遗传神经网络预测模型。在此基础上，采用遗传算法对纳米陶瓷涂层结合强度和显微硬度进行了单目标和多目标参数优化。结果表明，遗传神经网络模型预测值与试验值误差较小，相对误差不超过2.5%。遗传算法优化的涂层最大结合强度和显微硬度分别为70.7 MPa和2025.5 HV；在结合强度和显微硬度两者权重相同的情况下，当熔池闭环控制温度为2472.0 ℃、超声振动频率为31.9 kHz和保温箱预热温度为400 ℃时涂层综合性能最优，对应的结合强度和显微硬度分别为69.1 MPa和1835.5 HV。

同轴送粉激光熔覆工艺的稳定性受诸多因素的影响,其工艺参数难以寻优。通过设计以工艺参数(激光功率、送粉速度、扫描速度)为输入、以反映熔覆层形貌和质量的特征参数为响应的中心复合实验,对比分析了响应曲面法的回归模型与神经网络对单道熔覆结果的预测效果。采用多目标优化算法NSGA-II对三个工艺参数进行优化求解。结果表明:采用优化后的参数进行激光熔覆的修复件表面硬度增大了17.11%,基体热影响区深度减小了13.90%,熔覆效率增大了6.10%。

abaqus仿真 焊接 激光熔覆

采用激光熔覆技术在45#钢表面分别制备了Ni60A涂层及SiC/Ni60A复合涂层。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)仪对涂层进行了显微组织和物相分析, 并测试了熔覆层的显微硬度和耐冲蚀磨损性能。结果表明, 在激光作用下, SiC由于具有较小的生成热容易溶解在合金涂层中。熔覆层的物相主要由γ(Ni-Cr-Fe)固溶体及Fe7C3 , Fe0.79C0.12Si0.09等化合物组成。在固溶强化、第二相强化及细晶强化的共同作用下, SiC/Ni60A涂层的抗冲蚀性能显著提高, 涂层的显微硬度也明显增加。

在激光熔覆过程中，对熔覆层凝固组织的传统调控是通过改变激光功率、扫描速度、光斑大小等参数来实现的，但此类调控方法只能改变熔覆层熔池的传热边界，调控效果有限。为了实现对熔覆层熔池中传热传质行为的趋向性控制，有效调整凝固组织的形态、大小和方向，利用电-磁复合场的协同作用，产生方向、大小、频率可控的洛伦兹力，驱动或阻碍熔覆层熔池的对流运动，影响其凝固过程。仿真和实验有效证实了电-磁复合场协同作用对熔池所产生的影响力要远大于单一稳态磁场，是一种强有力的熔覆层组织调控手段，并有望提高通过激光组合增材制造的轮机高温部件的疲劳寿命和降低凝固组织的内部缺陷，将其推广应用于熔凝、合金化、焊接等其他激光加工领域。

以质量分数为54.51Ti-37.68Ni-7.81B4C粉末混合物为原料，利用激光熔覆技术在TA15钛合金基材表面制得了以外加未熔B4C颗粒及快速凝固“原位”生成硼化钛和碳化钛为增强相，以金属间化合物TiNi、Ti2Ni为基体的复合涂层。采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等手段分析了涂层显微组织，并测试了涂层的二体磨粒磨损性能。结果表明，激光熔覆硬质颗粒增强金属间化合物复合涂层硬度高、组织均匀并表现出优异的抗磨粒磨损性能。高硬度、高耐磨的B4C、硼化钛和碳化钛陶瓷增强相与高韧性TiNi/Ti2Ni金属间化合物基体的强韧结合是激光熔覆涂层优异耐磨性的主要原因，其磨损机理为轻微的显微切削和塑性变形。