[发明专利]一种平面上激光熔覆工艺参数优化的方法

说明书

本发明涉及一种平面上激光熔覆工艺参数优化的方法，包括如下步骤：S1、以激光功率、扫描速度、送粉速度作为待优化参数，按照田口方法设计正交实验，以熔宽、熔高、稀释率作为响应目标进行方差分析；S2、利用灰色关联分析方法对三个响应目标分析后得到最终的最优参数组合；S3、将最终的最优参数组合下的熔覆层轮廓拟合成函数并建立几何模型，计算分析后得到搭接率的最优值；S4、进行多道多层熔覆实验，经计算分析后得到Z轴提升量的最优值。本发明的平面上激光熔覆工艺参数优化的方法能够方便、快速准确、可靠地得到使用不同熔覆粉末和/或激光熔覆设备在平面上进行激光熔覆实验时，在单道、单道多层以及多道多层熔覆工艺中的最优参数。

技术领域

本发明属于激光熔覆工艺技术领域，具体涉及一种平面上激光熔覆工艺参数优化的方法。

背景技术

近些年，增材制造技术取得了快速的发展，激光熔覆是增材制造技术中最典型且应用最广泛的技术。激光熔覆作为一种先进的增材制造技术，成为材料表面改性领域的研究热点，它通过在基材表面添加熔覆材料，利用高能密度的激光束使之与基体形成良好的冶金结合，主要用于制造复杂结构的零部件，同时又可对失效的零件进行修复。激光熔覆具有可熔覆材质品种多、稀释率小、涂层与基体结合好、熔覆层组织致密、无污染等特点，在航空航天、汽车工业、石油化工等工业领域中得到广泛应用。

激光熔覆工艺参数包括单道激光熔覆工艺参数、多道单层激光熔覆工艺参数以及多道多层激光熔覆工艺参数，激光熔覆工艺参数的设置对熔覆层的质量起到至关重要的作用，且激光熔覆对粉末、设备没有通识性，不同的粉末在相同的设备上熔覆时最优参数不同，相同的粉末在不同的设备上熔覆时最优参数不同。若在不合适的工艺参数下熔覆层则容易出现粉末利用率低、气孔、裂纹等缺陷，因此，激光熔覆工艺参数的选择是激光熔覆基本和必不可少的工作。

但目前参数优化缺乏标准，对于单道激光熔覆工艺参数优化的方法较多，如响应曲面法、BP神经网络、数学统计等，但利用响应曲面法优化时图形出现一直在爬坡时就会视为参数选择失败需要重新试验，无法快速准确找到最优参数值。BP神经网络需要大量数据去训练和数组数据去验证，过程复杂繁琐。而数学统计方法在优化时如果数据拟合不好则不能在统一坐标系表示而无法选取。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种平面上激光熔覆工艺参数优化的方法，能够方便、快速准确、可靠地得到使用不同熔覆粉末和/或激光熔覆设备在平面上进行激光熔覆实验时，在单道、单道多层以及多道多层熔覆工艺中的最优参数。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种平面上激光熔覆工艺参数优化的方法，包括如下步骤：S1、以激光功率、扫描速度、送粉速度作为待优化参数，按照田口方法设计正交实验，在平面上进行单道熔覆实验后将获得的熔宽、熔高以及稀释率作为响应目标并进行方差分析，得出三个待优化参数对三个响应目标的影响程度；S2、利用灰色关联分析方法对步骤S1中的三个响应目标进行分析，得到三个待优化参数最终的最优参数组合；S3、将步骤S2得到的最终的最优参数组合下的熔覆层的轮廓拟合成函数后建立几何模型并计算得到临界搭接率，然后进行多道单层熔覆实验，经计算分析后得到搭接率的最优值；S4、测量步骤S3得到的最优搭接率对应的多道单层的名义高度作为初始名义高度，并进行多道多层熔覆实验，经计算分析后得到Z轴提升量的最优值。

根据本发明，步骤S1包括如下子步骤：S11、选取3～5个水平，获得正交实验表；S12、将待熔覆粉末按照预设熔覆轨迹在基体上进行单道熔覆实验；S13、对步骤S12得到的熔覆后的基体进行切割得到熔覆层横断面，然后测量熔覆层横断面的熔宽、熔高、熔深、熔覆层面积和稀释层面积；S14、计算得出关于三个响应目标的方差分析表、关于三个响应目标信噪比的响应表以及关于三个响应目标信噪比的主效应图。