不锈钢侧向送丝激光熔覆修复研究

摘要

侧向送丝激光熔覆修复技术是一种新型的修复技术，它无需借助模具和刀具，依靠自动送丝工艺，通过完全熔化金属丝，基于分道分层叠加的原理，可以修复磨损或有缺陷的零件。目前侧向送丝激光熔覆修复技术已成为国内外修复技术方面的研究热点，把侧向送丝激光熔覆修复技术应用在工程中常见的不锈钢材质上，在市场上具有广阔的潜力，同时由于激光熔覆技术具有热输入小、冷却速度大和凝固速度快等传统修复技术没有的特点，因此本文在科研上对于了解不锈钢快速凝固后的组织和性能也有重要的意义。
　　本文以热轧状态下的316L不锈钢板为基体材料，以表面激光熔覆修复和凹槽激光熔覆修复为目标，采用ER308L、ER309LSi、ER316L不锈钢焊丝进行侧向送丝激光熔覆修复实验。通过对侧向送丝激光熔覆修复工艺、熔覆层组织及性能进行系统的研究，以求在得到致密熔覆修复层的前提下确定合理的修复方案。本文的主要研究内容和结论如下：
　　(1)采用ER308L金属丝材，对侧向送丝激光熔覆修复的工艺进行研究并优化，得出激光能量密度为100 J/mm2、熔丝率为39.44×10-6g/J下的低、中、高功率三组最佳单道工艺参数组合；确定了合适的搭接率范围为45％~53%，此范围内熔覆修复层的表面平整度大致在100μm以下；根据熔覆道高度，考虑到实践应用，在高功率最佳工艺组合下进行了层间距为1 mm的多层多道激光熔覆修复实践，取得了良好效果。
　　(2)针对平面磨损、浅裂纹等修复问题提出表面激光熔覆修复方案。选用ER308L、ER309LSi和ER316L三种丝材，采用高功率下的最佳工艺参数组合，分别进行了表面激光熔覆修复实践。通过对三种丝材下的得到的熔覆修复层宏观质量、微观组织和力学性能的对比研究，得出熔覆修复层表面相对平整光滑、内部组织均匀致密，与基材形成了良好的冶金结合；熔覆修复层都分布有多种晶粒形态类型，其中平面晶、胞状晶和各种树枝晶都有发现，但以柱状树枝晶分布为主；熔覆修复层凝固模式都包含了FA模式，但采用ER316L丝材得到的熔覆修复层还掺杂有AF模式；不同丝材下得到的熔覆修复层的室温组织中铁素体含量也不同，采用ER308L和ER309LSi得到的熔覆修复层中平均铁素体含量较高在10%左右，而采用ER316L丝材其含量较低约为4%；熔覆修复层显微硬度与基材相当，热影响区无软化区存在；熔覆修复层的抗拉强度和延伸率最高值可达到基材的90%以上，在拉伸样的断口都有韧窝分布，断裂形式为典型的韧性断裂。综合考虑成本及实践效果等因素，ER308L金属焊丝可选为316L不锈钢基材的最佳修复丝材。
　　(3)针对严重缺损、深裂纹等缺陷问题设计了梯形斜坡状凹槽激光熔覆修复方案并采用ER308L金属焊丝进行了修复实践，实验中通过选用合适的工艺参数最终成功修复了凹槽，取得了良好的效果。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 不锈钢的简介

1.3 激光熔覆定义及其研究现状

1.4 侧向送丝激光熔覆修复技术特点

1.5 本课题主要研究内容

第二章 试验材料、设备及试验方案

2.1 试验材料

2.2 激光熔覆修复设备

2.3 试验方案

2.4 质量检测及其设备

第三章 激光熔覆修复工艺及其参数优化

3.1 单层单道激光熔覆修复工艺研究

3.2 多层多道激光熔覆修复工艺研究

3.3 本章小结

第四章 表面激光熔覆修复实践研究

4.1 宏观质量

4.2 显微组织

4.3 显微硬度

4.4 弯曲试验

4.5 拉伸试验及其断口形貌

4.6 本章小结

第五章 凹槽激光熔覆修复实践研究

5.1 凹槽缺陷激光熔覆修复设计

5.2 凹槽缺陷激光熔覆修复实践

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 主要结论

6.2 后期研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果

致谢