Analys av förhållandet mellan sprickor och återstående inre stress i laserbeklädnadsprocessen
Som en nyckelteknologi inom fält som mekanisk tillverkning och flyg- och rymd, används laserbeläggning ofta för reparation av delar, ytförstärkning och funktionell beläggning. Medan dess kärnkaraktäristik för "snabb uppvärmning och snabb kylning" möjliggör effektiv beklädnad, inducerar den lätt återstående inre stress mellan klädskiktet och underlaget. När den inre spänningen överskrider avkastningsstyrkan för klädskiktet initieras sprickor, vilket allvarligt påverkar produktkvaliteten och livslängden. Den här artikeln analyserar systematiskt typerna, orsakerna till återstående intern stress i laserbeläggning och deras korrelation med sprickor, vilket ger teoretiska referenser för att lösa sprickproblem i branschen.
Laserbeläggning av termisk stress: Den huvudsakliga drivfaktorn för sprickbildning
Termisk stress är den återstående inre stressen som har den största inverkan på sprickor i laserbeläggning, och dess bildning är direkt relaterad till "temperaturskillnad" och "skillnad i koefficienter för termisk expansion". Under laseråtgärder upphettas klädskiktet omedelbart till ett smält tillstånd, medan underlagstemperaturen är nära rumstemperatur, vilket resulterar i en betydande temperaturskillnad mellan de två. I kylfasen måste klädskiktet krympa snabbt; På grund av att substratet har en lägre värmekoefficient än beklädnadsskiktet (t.ex. beklädnadslegering och kolstålsubstrat) är underlagets krympning mycket mindre. Krympningen av klädskiktet begränsas av underlaget, vilket leder till ackumulering av dragspänning. Simuleringsstudier på multi - passerar laserbeläggning visar att denna "termiska expansion och sammandragning" också orsakar ojämn deformation av klädskiktet, intensifierar spänningskoncentration och i slutändan blir en kärninducering för sprickinitiering.
Laserbeklädnadsstrukturell stress: En potentiell fara orsakad av mikroskopisk fasomvandling
Strukturell spänning härstammar från den kristallina fasomvandlingen av "flytande metall till fast metall" under laserbeläggningsprocessen, till följd av ojämn mikroskopisk strukturomvandling. Efter att beklädnadsmaterialet och underlaget har smälts bildar den flytande metallen olika typer av fasta strukturer (såsom martensit och austenit) under kylning och stelning, och det finns skillnader i den specifika volymen av olika strukturer. Samtidigt innehåller sammansättningsskillnaden mellan klädskiktet och underlaget (t.ex. klädskiktet element såsom volfram och krom, medan substratet är vanligt stål) utvidgar skillnaden i mikroskopisk struktur efter kristallisation, vilket leder till "inkoordinering" i volymförändring. Denna förvaring begränsas i klädskiktet och förvandlas så småningom till strukturell stress. Även om dess påverkan på sprickor är svagare än för termisk stress, skapar det stress - försvagade områden i klädskiktet, vilket ger kanaler för sprickutbredning.
Laserbeläggningsbegränsningspänning: En frakturriskpunkt med två - scenomvandling
Begränsningsspänning är den stress som genereras när klädskiktet begränsas av underlaget under de två stegen av "uppvärmning och expansion" och "kylning och krympning", och det finns en uppenbar stressomvandlingsprocess. I värmesteget expanderar det första smälta materialet i den smälta poolen när det upphettas, men det omgivande underlaget förblir i ett lågt - temperatur styvt tillstånd, vilket blockerar expansionen och genererar därmed tryckspänning i klädskiktet. I kylstadiet måste det uppvärmda klädskiktet (och sammansatt beläggning) krympa, men är begränsad av underlaget med lägre temperatur och högre styvhet, så tryckspänningen förvandlas gradvis till dragspänning. Studier har visat att tuffheten hos laserbeläggningsskikt i allmänhet är låg, och den ultimata stressen de tål är mycket lägre än det kritiska värdet för sprött fraktur som induceras av dragspänning, vilket gör begränsningsspänningen till en viktig riskpunkt för sprickinitiering.
Skillnader i påverkan av tre typer av återstående inre stress på sprickor i laserbeklädnad
Även om de tre typerna av återstående inre stress i laserbeläggning alla inducerar sprickor, är deras orsaker och effekter betydligt olika. Från kärnorsaker: termisk stress härstammar från makroskopisk temperaturskillnad och materialegenskapsskillnader; Strukturell stress kommer från volymförändringar orsakade av mikroskopisk fasomvandling; Begränsningsspänning är expansions- och sammandragningssvaret under substratbegränsning. Ur perspektivet av påverkan: Termisk stress har den starkaste driveffekten på sprickor, som kan penetrera klädskiktet - substratgränssnitt och orsaka gränsytesprickor; Begränsningstress utlöser direkt sprött fraktur på grund av dragspänning, med den näst starkaste inverkan; Strukturell stress är huvudsakligen koncentrerad in i klädskiktet, vilket mest orsakar lokala mikrokrackor. Ur fördelningen av distributionsegenskaper: Termisk stress är ojämnt fördelad; Begränsningsstress har uppenbar scenomvandling; Strukturell stress koncentreras i fasomvandling av aktiva områden.
Kärnkomponenter i laserbeläggningssystem
Vägbeskrivning för laserbeläggning av sprickkontroll
Sammanfattningsvis är essensen av laserbeklädnadssprickor resultatet av återstående inre stress som överstiger bärförmågan hos klädskiktet. Bland dem är termisk stress kärnkörningsfaktorn, begränsningsspänning är den direkta utlösande faktorn och strukturell stress skapar förhållanden för sprickutbredning. Baserat på detta bör kontrollen av laserbeläggningssprickor fokusera på att "minska termisk stress", såsom att optimera laserkraften och skanningshastigheten för att bromsa kylningshastigheten eller välja beklädnadsmaterial med en koefficient för termisk expansion som matchar substratets. Samtidigt kan strukturell stress reduceras genom att justera sammansättningen av beklädnadsmaterial för att minimera skillnader i mikroskopisk struktur, och begränsningsspänning kan lindras genom att förvärma underlaget. Genom att analysera förhållandet mellan de tre typerna av återstående inre stress och sprickor ger den här artikeln en tydlig riktning för processoptimering av laserbeläggningsteknik, vilket hjälper till att förbättra laserens tillförlitlighet och livslängd - belagda produkter.