Analyse der Beziehung zwischen Rissen und verbleibenden internen Stress im Laserverkleidungsprozess
Als Schlüsseltechnologie in Feldern wie mechanischer Herstellung und Luft- und Raumfahrt wird die Laserverkleidung üblicherweise zur Reparatur von Teilen, zur Oberflächenverstärkung und zur Funktionsbeschichtungsvorbereitung verwendet. Während sein Kerncharakteristik für "schnelle Erwärmung und schnelle Kühlung" eine effiziente Verkleidung ermöglicht, induziert es leicht eine verbleibende innere Spannung zwischen der Verkleidungschicht und dem Substrat. Wenn der innere Stress die Ertragsfestigkeit der verschmierten Schicht übersteigt, leiten Risse, die die Produktqualität und Lebensdauer der Produkte ernsthaft beeinflussen. Dieser Artikel analysiert systematisch die Typen, Ursachen für den internen Stress in der Laserverkleidung und deren Korrelation mit Rissen und liefert theoretische Referenzen für die Lösung von Rissproblemen in der Branche.
Laserverrückte Wärmespannung: Der Hauptantriebsfaktor für die Rissbildung
Wärmespannung ist der Restinnenstress, der den größten Einfluss auf Risse in der Laserverkleidung hat, und seine Bildung hängt direkt mit "Temperaturdifferenz" und "Unterschied in den Koeffizienten der thermischen Expansion" zusammen. Während der Laserwirkung wird die Verkleidungsschicht sofort auf einen geschmolzenen Zustand erhitzt, während die Substrattemperatur nahe der Raumtemperatur liegt, was zu einem signifikanten Temperaturunterschied zwischen beiden führt. In der Kühlphase muss die Verkleidungsschicht schnell schrumpfen. Aufgrund des Substrats mit einem niedrigeren thermischen Expansionskoeffizienten als der Kladschicht (z. Die Schrumpfung der Verkleidungsschicht wird durch das Substrat eingeschränkt, was zur Akkumulation von Zugspannung führt. Simulationsstudien zur Multi - Pass -Laserkladding zeigen, dass diese "thermische Expansion und Kontraktion" auch eine ungleichmäßige Verformung der Kladdingschicht verursacht, die Spannungskonzentration verstärkt und letztendlich zu einem Kernanreiz für die Rissinitiation wird.
Strukturspannung von Laserverkleidungen: Eine potenzielle Gefahr, die durch mikroskopische Phasenumwandlung verursacht wird
Strukturspannung stammt aus der kristallinen Phasenumwandlung von "Flüssigmetall zu festem Metall" während des Laserverkleidungsverfahrens, was auf eine ungleiche mikroskopische Strukturtransformation resultiert. Nachdem das Verkleidungsmaterial und das Substrat geschmolzen sind, bildet das flüssige Metall während des Abkühlens und Verfestigung unterschiedlicher Arten von festen Strukturen (wie Martensit und Austenit), und es gibt Unterschiede im spezifischen Volumen verschiedener Strukturen. In der Zwischenzeit erweitert der Unterschied zwischen der Kladierungsschicht und dem Substrat (z. B. die Kladierungsschicht Elemente wie Wolfram und Chrom, während das Substrat gewöhnlicher Stahl ist) den Unterschied in der mikroskopischen Struktur nach der Kristallisation weiter erweitert, was zu einer "Inkoordination" bei der Volumenänderung führt. Diese Inkoordination ist innerhalb der Verkleidungschicht eingeschränkt und verwandelt sich schließlich in strukturellen Stress. Obwohl die Auswirkungen auf Risse schwächer sind als die von thermischer Belastung, erzeugt es Stress - schwächte Bereiche innerhalb der Kladdingschicht und liefert Kanäle für die Rissausbreitung.
Laserverkleidungsbeschränkung Stress: Ein Bruchrisikopunkt mit zwei - Stufe Transformation
Einschränkungsspannung ist die Spannung, die erzeugt wird, wenn die Verkleidungschicht durch das Substrat während der beiden Stufen von "Heizung und Expansion" und "Kühlung und Schrumpfung" eingeschränkt wird, und es gibt einen offensichtlichen Prozess der Stresstransformation. In der Heizstufe dehnt sich das erste geschmolzene Material im geschmolzenen Pool beim Erhitzen aus, aber das umgebende Substrat bleibt in einem niedrigen - Temperaturstarrenzustand, wodurch die Ausdehnung blockiert wird, wodurch eine Druckspannung innerhalb der Kladdingschicht erzeugt wird. In der Kühlstufe muss die erhitzte Verkleidungsschicht (und die Verbundbeschichtung) schrumpfen, wird jedoch durch das Substrat mit geringerer Temperatur und höherer Starrheit eingeschränkt, sodass sich die Druckspannung allmählich in eine Zugspannung verwandelt. Studien haben gezeigt, dass die Zähigkeit von Laser -Cladding -Schichten im Allgemeinen niedrig ist und der endgültige Stress, dem sie standhalten können, viel niedriger ist als der kritische Wert für spröde Frakturen, der durch Zugstress induziert wird, wodurch der Beschränkungstriche zu einem wichtigen Risikopunkt für die Rissinitiation verfügt.
Unterschiede in der Auswirkung von drei Arten von verbleibenden internen Stress auf Risse in der Laserverkleidung
Obwohl die drei Arten von verbleibenden inneren Stress in der Laserverkleidung alle Risse induzieren, sind ihre Ursachen und Auswirkungen erheblich unterschiedlich. Aus der Sicht der Kernursachen: Wärmespannung stammt aus makroskopischen Temperaturdifferenz und materiellen Eigenschaftenunterschieden; Strukturspannung ergibt sich aus Volumenveränderungen, die durch mikroskopische Phasentransformation verursacht werden. Einschränkungsbeanspruchung ist die Expansions- und Kontraktionsantwort unter Substratbeschränkung. Aus der Perspektive des Impact -Grades: Wärmespannung hat den stärksten Antriebseffekt auf Risse, die die Substrat -Grenzfläche zwischen - durchdringen und Grenzflächenrisse verursachen; Einschränkungspannung löst direkt die spröde Fraktur aufgrund von Zugspannung mit dem zweitgrößten Einfluss aus. Strukturspannung ist hauptsächlich in der Verkleidungsschicht konzentriert, was hauptsächlich lokale Mikrorisse verursacht. Aus Sicht der Verteilungsmerkmale: Wärmestress ist ungleichmäßig verteilt; Einschränkungstress hat eine offensichtliche Stufe Transformation; Strukturspannung konzentriert sich in den aktiven Bereichen der Phasentransformation.
Kernkomponenten des Laserverkleidungssystems
Anweisungen für die Laserverrückungs -Risskontrolle
Zusammenfassend ist die Essenz von Laserverkleidungsrissen das Ergebnis einer verbleibenden Innenspannung, die die Lagerkapazität der Verkleidungschicht überschreitet. Unter ihnen ist thermischer Stress der Kernantriebsfaktor, die Beschränkung der Einschränkung der direkte Auslöserfaktor, und struktureller Stress erzeugt Bedingungen für die Rissausbreitung. Basierend darauf sollte sich die Kontrolle der Laserverkleidungsrisse auf die "Reduzierung der thermischen Spannung" konzentrieren, z. Gleichzeitig kann die strukturelle Belastung durch Anpassen der Zusammensetzung von Kladmaterialien verringert werden, um Unterschiede in der mikroskopischen Struktur zu minimieren, und die Beschränkungsspannung kann durch Vorheizen des Substrats gelindert werden. Durch die Analyse der Beziehung zwischen den drei Arten von internen Spannungen und Rissen der Reste bietet dieser Artikel eine klare Richtung für die Prozessoptimierung der Laser -Cladding -Technologie, wodurch die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer von Laser -} -Stechnik verbessert werden.