工作總結(jié)報(bào)告-激光微熔覆

1、PAGE PAGE 12天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告工作總結(jié)報(bào)告項(xiàng)目名稱： 激光微熔覆制造中粉末輸送與光粉相互作用機(jī)理 主承擔(dān)單位： 天津市現(xiàn)代機(jī)電裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人： 雷劍波 激光再制造技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用工作總結(jié)報(bào)告一、項(xiàng)目進(jìn)展及主要工作項(xiàng)目名稱：激光微熔覆制造中粉末輸送與光粉相互作用機(jī)理計(jì)劃類別：天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目技術(shù)領(lǐng)域：機(jī)械學(xué)與制造科學(xué)合同編號(hào)：12JCQNJC02800起止日期：2012.42015.3主承擔(dān)單位：天津市現(xiàn)代機(jī)電裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室該項(xiàng)目于2012年4月正式啟動(dòng)，2012年12月到賬經(jīng)費(fèi)6萬,2015年5月到賬2萬。在天津市科委和天

2、津工業(yè)大學(xué)各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)大力指導(dǎo)支持下，經(jīng)過全體課題組人員積極努力，克服許多技術(shù)和經(jīng)費(fèi)上的困難，使項(xiàng)目按合同進(jìn)度順利進(jìn)行，于2015年3月底全部完成合同規(guī)定的研制內(nèi)容。1.1 項(xiàng)目進(jìn)展2012年4月2012年12月：國(guó)內(nèi)外情況課題調(diào)研。為了使項(xiàng)目具有較高水平，適應(yīng)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需要，首先必須了解國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。為了解國(guó)際上的發(fā)展動(dòng)態(tài)，一是采取資料調(diào)研，通過學(xué)術(shù)交流及數(shù)據(jù)庫(kù)查詢資料；二是參加學(xué)術(shù)會(huì)議，并到相關(guān)研究單位、企業(yè)走訪,如到清華、中科大、華中科大、西安交大、上海交大、西北工大、北工大、天津大無縫、鞍鋼等了解激光表面熔覆相關(guān)應(yīng)用及難題。初步建立并分析了合金粉末遠(yuǎn)距離氣體輸送數(shù)理模型，研制了粉末送粉

3、系統(tǒng)和同軸工作頭，完成圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，并加工出樣品，送粉頭送粉方案由原來側(cè)向輸送改為豎直方向；針對(duì)激光微熔覆制造的技術(shù)特征，開展了交錯(cuò)垂直三層熔覆實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了SEM、折彎、沖擊等分析。2013年1月2013年12月：完成了同軸工作頭的機(jī)械加工，設(shè)計(jì)了送粉系統(tǒng)方案，確定了直插式送粉工作頭內(nèi)咀尺寸，進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)同軸激光工作頭，為檢驗(yàn)不同外咀激光工作頭送粉特性，建立了一套綠光激光光源與CCD相結(jié)合的檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)粉末輸送形態(tài)；基于普朗克輻射定律和比色測(cè)溫原理建立了CCD檢測(cè)激光粉末流溫度場(chǎng)模型，針對(duì)YAG激光分別進(jìn)行大量的粉末流整體溫度場(chǎng)檢測(cè)試驗(yàn)，得到不同工藝參數(shù)下的粉末流溫度場(chǎng)分布情況，且進(jìn)一步總結(jié)了

4、各個(gè)參數(shù)對(duì)粉末流溫度場(chǎng)的具體影響情況。2014年1月2014年12月：集成激光系統(tǒng)、送粉器、工作頭，進(jìn)行激光熔覆實(shí)驗(yàn)；基于光柵光譜檢測(cè)技術(shù)和光纖傳像原理，建立了一套激光粉末流光譜檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行了系統(tǒng)光譜標(biāo)定，開展了激光粉末流的光譜檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)了激光粉末流光譜分布；采用DILAS半導(dǎo)體激光系統(tǒng)，開展了激光微熔覆單道與多道搭接及零件成形實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行組織與材料性能檢測(cè)。2015年1月2015年3月：建立了一套氬氣保護(hù)裝置，進(jìn)一步開展了激光微熔覆實(shí)驗(yàn)，2015年3月底和東麗機(jī)械廠合作，開展了大無縫芯棒激光微熔覆實(shí)驗(yàn)，在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了10.6m長(zhǎng)芯棒整體激光微熔覆0.5mm、0.4mm合金涂層實(shí)驗(yàn)，為激

5、光熔覆替代電鍍工藝開發(fā)提供一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，激光熔覆層經(jīng)過拋磨后，剩下0.2mm、0總結(jié)資料，撰寫結(jié)題文件，上報(bào)結(jié)題報(bào)告。1.2 主要工作1、金屬粉末輸送設(shè)備研制分析了超細(xì)粉末輸送原理，研制了激光微熔覆工作頭和超細(xì)粉末輸送裝置，如圖1-1、圖1-2和圖1-3所示。圖1為開始設(shè)計(jì)的斜插式送粉工作頭，實(shí)際使用發(fā)現(xiàn)插拔不方便，且不利于送粉；改進(jìn)設(shè)計(jì)了直插式送粉頭，如圖1-2和圖1-3所示，為設(shè)計(jì)制造的氣動(dòng)激光送粉器和激光工作頭。 圖1-1 激光機(jī)器人系統(tǒng)及側(cè)入粉式激光工作頭圖1-2 直插式激光工作頭原理圖（送粉咀間隙為0.5mm）圖1-3 氣動(dòng)激光送粉器和直插式送粉激光工作頭（四個(gè)不同尺寸外咀）2、金

6、屬粉末流形貌檢測(cè)系統(tǒng)粉末流場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)由綠光激光器、CMOS相機(jī)、三部分組成：半導(dǎo)體泵浦綠光激光器：型號(hào)：ST532100，工作模式：連續(xù)，光斑直徑2mm，波長(zhǎng)532nm，發(fā)散角 1.5 mrad。CMOS相機(jī)及配套工業(yè)鏡頭：采用MV-USB2.0高分辨率工業(yè)數(shù)字相機(jī)，曝光時(shí)間可調(diào)，增益可調(diào)，像素12801024，彩色黑白均可，幀率25fps。 圖1-4 綠光激光器 圖1-5 CMOS相機(jī)圖1-6 金屬粉末流形態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)3、激光粉末流溫度場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)圖1-7所示為建立的激光粉末流溫度場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)由CCD相機(jī)、光學(xué)鏡頭、圖像采集卡、計(jì)算機(jī)等組成。 (a)原理圖 (b) 實(shí)驗(yàn)裝置圖圖

7、1-7 粉末流溫度場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)4、激光粉末流相互作用光譜檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)激光與粉末流相互作用過程進(jìn)行了光譜檢測(cè)，圖1-8所示為激光粉末流光譜檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括光柵光譜儀、傳像光纖、準(zhǔn)直鏡頭、光纖耦合采集頭、汞燈等組成。圖1-8 激光粉末流光譜檢測(cè)系統(tǒng)5、激光多層熔覆實(shí)驗(yàn)及工業(yè)示范應(yīng)用圖1-9為多層激光熔覆試樣及180度折彎、沖擊、組織等測(cè)試，圖1-10為激光微熔覆芯棒實(shí)驗(yàn)，10.6m長(zhǎng)芯棒，試驗(yàn)2根，全微熔覆0.5mm、0.4mm厚度耐高溫合金耐磨耐擠壓層各一根，拋磨后剩下熔覆層0.2和0.1mm。實(shí)際上，由于熱變形量超出我們預(yù)期，達(dá)到0.15-0.2mm，不然，可將熔覆厚度控制在0.3mm、0.

8、4mm。此2根芯棒在大無縫生產(chǎn)測(cè)試中，擬用于替代傳統(tǒng)的芯棒電鍍工藝，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。 （a）激光多層熔覆 （b）180度彎折 （c）沖擊強(qiáng)度測(cè)試 （d）基體與熔覆層結(jié)合界面圖1-9 激光多層熔覆及測(cè)試（a）激光微熔覆實(shí)驗(yàn)0.2mm （b）激光微熔覆芯棒（10.6m長(zhǎng)，全熔覆，0.5mm、0.4mm厚） （c）拋磨 （d）拋磨后芯棒圖1-10 芯棒微熔覆示范實(shí)驗(yàn)二、項(xiàng)目人員組成及分工1、雷劍波：課題負(fù)責(zé)人，博士，副教授。負(fù)責(zé)課題申請(qǐng)立項(xiàng)、進(jìn)展報(bào)告與結(jié)題，制定課題研究?jī)?nèi)容，研究方案方法路線，確定課題組人員的任務(wù)分工與合作，承擔(dān)部分研究工作，與其他老師一起開展課題實(shí)驗(yàn)，并指導(dǎo)研究生開展研究工作。課題研

9、究分工：激光微熔覆工藝實(shí)驗(yàn)、激光與金屬粉末流相互作用光柵光譜檢測(cè)。2、申衛(wèi)國(guó)：講師，課題中承擔(dān)激光透過粉末流檢測(cè)、激光與粉末流相互作用光譜輻射檢測(cè)，發(fā)表論文2篇，分布發(fā)表在機(jī)械工程學(xué)報(bào)和中國(guó)機(jī)械工程雜志。3、方艷：講師，2014年博士畢業(yè)，課題中分工為激光熔覆路徑規(guī)劃與實(shí)驗(yàn)。4、董玲：講師，博士生，將于2015年畢業(yè)，課題中承擔(dān)激光熔覆實(shí)驗(yàn)。5、劉立峰：講師，2013年博士畢業(yè)。課題中主要承擔(dān)激光粉末流理論及實(shí)驗(yàn)。6、王云山：博士，教授，研究生導(dǎo)師，課題中分工為激光微熔覆系統(tǒng)和同軸工作頭開發(fā)。7、靳曉曙：博士，副教授，課題分工為激光熔覆實(shí)驗(yàn)及測(cè)試。8、王春嫻：研究生導(dǎo)師，教授，課題中分工為激光

10、與粉末相互作用模型計(jì)算分析。9、王鎮(zhèn)：碩士生，2013年3月畢業(yè)，課題中承擔(dān)激光粉末流測(cè)試實(shí)驗(yàn)。10、張傳鵬：碩士生，2014年3月畢業(yè)，課題中承擔(dān)激光粉末流光譜檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。11、顧振杰：碩士生，2015年3月畢業(yè)，課題中承擔(dān)激光粉末流光譜檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。12、王卓：碩士生，2013年3月畢業(yè)，課題中承擔(dān)送粉輸送測(cè)試實(shí)驗(yàn)。三、項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)及使用情況項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)總計(jì)8萬元，市財(cái)政撥款8萬元，自籌0萬元。全部按照核定預(yù)算執(zhí)行，實(shí)際支出7.08萬，結(jié)余0.92萬元。1）勞務(wù)費(fèi) 預(yù)算0.6萬研究生助研補(bǔ)助，實(shí)際支出0.8萬。2）設(shè)備費(fèi) 預(yù)算3萬 光柵光譜、CCD檢測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)、標(biāo)定測(cè)試：對(duì)材料光熱輻射和激光熔池進(jìn)行檢測(cè)

11、，實(shí)際支出1.4萬。3）能源材料費(fèi) 預(yù)算1.78萬1000W Nd:YAG（1.06um）連續(xù)激光器、半導(dǎo)體激光器開機(jī)及維修維護(hù)費(fèi)用,水、電、保護(hù)氣。購(gòu)買Fe基、Ni基、Co基等合金粉末。合計(jì)1.78萬。4）試驗(yàn)外協(xié)費(fèi) 預(yù)算1.1萬材料組織和性能分析：對(duì)激光直接成形制造零件進(jìn)行切割、打磨、表面處理后，進(jìn)行組織和性能檢測(cè)，包括SEM、X射線衍射、EDS、摩擦磨損等檢測(cè)分析，實(shí)際支出1.1萬。5）差旅費(fèi) 預(yù)算0.28萬器件加工、調(diào)研、測(cè)試差旅，實(shí)際支出0.28萬。6）會(huì)議費(fèi) 預(yù)算0.59萬學(xué)術(shù)交流：國(guó)內(nèi)及國(guó)際相關(guān)學(xué)術(shù)會(huì)議及學(xué)術(shù)交流，到華中科大、中科大、西安交大、西北工大、清華等單位拜訪，參加國(guó)家基

12、金委組辦的增材制造會(huì)議并做報(bào)告，邀請(qǐng)專家來學(xué)校交流，實(shí)際支出0.59萬。7）管理費(fèi) 預(yù)算0.4萬按總經(jīng)費(fèi)5%，總經(jīng)費(fèi)8萬*5%=0.4萬，實(shí)際支出0.4萬。8）信息費(fèi) 0.73萬 進(jìn)行文獻(xiàn)檢索、資料購(gòu)買、復(fù)印裝訂、專利申報(bào)等，實(shí)際支出0.73萬。四、文章、專利及成果情況4.1文章：1 雷劍波, 顧振杰, 牛偉, 王云山. 高功率半導(dǎo)體激光寬帶熔覆WC-NiSiB耐磨涂層的組織結(jié)構(gòu)與性能. 粉末冶金材料科學(xué)與工程, 2015, 20(2): 304-311.EI收錄刊源2 顧振杰, 雷劍波, 張傳鵬, 王云山. 鎳硅硼合金粉末激光熔覆中熔池光譜檢測(cè)分析J. 中國(guó)激光, 2014, 41(11):

13、 95-102. EI：201451003537613 申衛(wèi)國(guó), 岑虎, 雷劍波, 劉立峰, 王云山. 同軸送粉激光熔覆中激光透過率研究J. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2014, 50(8): 59-65. EI：201422177637694 雷劍波, 王鎮(zhèn), 王云山, 張傳鵬. 激光透射焊接聚甲基丙烯酸甲酯試驗(yàn)研究J. 中國(guó)激光, 2013, 40(1): 110-114 . EI：201316162132885 張傳鵬，雷劍波，方艷，王云山.激光熔凝過程中金屬熔池光譜檢測(cè)J.應(yīng)用激光，2013,33(5), pp: 487-492.6 董玲,楊洗陳,雷劍波.基于機(jī)器視覺的激光再制造機(jī)器人離線自動(dòng)編

14、程研究J.中國(guó)激光,2013,40(10):1003006EI：201349170581797 王植, 雷劍波, 趙冬梅, 孫亞娟, 方艷, 王云山. 激光熔覆Fe基TiC涂層的組織與性能J. 粉末冶金材料科學(xué)與工程, 2015. 已錄用, EI收錄刊源8 申衛(wèi)國(guó)，方 艷，董 玲，岑 虎，王春嫻，顧振杰. 液壓支架激光熔覆不銹鋼合金涂層的實(shí)驗(yàn)研究. 中國(guó)機(jī)械工程，2015. 已錄用4.2 專利：1 雷劍波,王植,趙冬梅,振杰,陳小明,王云山.天津工業(yè)大學(xué). 發(fā)明專利：一種激光熔覆碳纖維與鎳基合金復(fù)合材料涂層的制備方法. 2014.11.21，中國(guó)，專利申請(qǐng)?zhí)枺?01410685613.32 雷

15、劍波,趙冬梅,王植,顧振杰,王云山.天津工業(yè)大學(xué). 發(fā)明專利：一種鐵基碳化鈦激光熔覆材料的制備方法. 2014.11.14，中國(guó)，專利申請(qǐng)?zhí)枺?01410652414.23 雷劍波,王植,趙冬梅,顧振杰,孟慶鵬,李紹培,王云山.天津工業(yè)大學(xué). 發(fā)明專利：一種鐵基鎳包碳化硼激光熔覆材料的制備方法. 2014.11.14，中國(guó)，專利申請(qǐng)?zhí)枺?01410652415.74 雷劍波,顧振杰,王植,王云山.天津工業(yè)大學(xué). 發(fā)明專利：一種WC-NiSiB激光熔覆材料的制備方法. 2014.09.12，中國(guó)，專利申請(qǐng)?zhí)枺?01410468486.15 雷劍波,趙冬梅,王植,陳小明,顧振杰,王云山. 天津工業(yè)

16、大學(xué). 發(fā)明專利：一種基于激光熔覆的鎳基玻璃纖維復(fù)合材料的制備方法. 2014.11.21，中國(guó)，專利申請(qǐng)?zhí)枺?01410685611.46 雷劍波, 張傳鵬, 胡鵬，王云山. 一種激光熔池光譜檢測(cè)裝置. 2014.6.25，中國(guó)，授權(quán)號(hào)：ZL 2013 2 0883151.74.3 成果：1、實(shí)物成果氣動(dòng)激光送粉器和直插式送粉激光工作頭（四個(gè)不同尺寸外咀）激光工作頭和激光微熔覆試件（0.2mm厚合金層）激光粉末流光譜檢測(cè)系統(tǒng)激光大面積微熔覆芯棒（0.5mm、0.4mm熔覆層厚，拋磨后剩余0.2mm、0.1mm）氬氣保護(hù)裝置激光熔覆多層實(shí)驗(yàn)試樣2、工藝文件成果（激光熔覆工藝1套）見技術(shù)總結(jié)報(bào)告文件。