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作者：吉绍山;刘凡;石皋莲;石拓;石世宏;万乐;耿哲;
单位：苏州工业职业技术学院精密制造学院;苏州大学光电工程学院;苏州大学机电工程学院;苏州实验室;
摘要：针对“侧向送丝”激光熔覆技术的不足，提出一种“L型排布光丝同轴”激光熔覆新技术，研究光丝耦合度与扫描方向性对熔覆层形貌的影响规律。基于丝材弯曲模型优化光丝排布方案，采用几何光学作图法和Tracepro研究光斑形貌和能量分布特性，利用自研熔覆喷头开展铝合金焊丝SAL5356单道熔覆实验。研究结果表明，该技术可以将入射激光束分束为功率密度呈“单峰状”(实心圆形光斑)与“双峰状”(环形光斑)分布的复合光场，实现光丝同轴均匀包裹。离焦量对光丝耦合效果影响显著，离焦量为—6～—10 mm时，熔覆层表面完整性较优，横截面形貌呈现连续规则弧状分布，典型稀释区形貌为单波谷平底弧状和双波谷弧状对称分布；离焦量为0～—4 mm时，能量过剩导致熔覆层表面残缺状分布，离焦量为—12 mm时，能量不足引发熔覆层堆叠起伏状缺陷。八角形单道熔覆层扫描方向性测试表明，不同扫描方向都可以获得连续完整均匀的熔覆层，横截面形貌和稀释区形貌各向基本保持一致，几何特征尺寸具有一定波动。通过对熔覆效率研究，优化工艺参数，可获得单位能量沉积率分别为0.28 kg/(h·kW)、0.15 kg/(h·kW)的单道熔覆层及成形件。熔覆层典型显微组织为柱状晶和等轴枝晶，与基材冶金结合良好，无明显缺陷。该技术通过创新光丝排布结构与光学整形系统，相比“侧向送丝”激光熔覆技术，可以解决光丝耦合度低以及扫描方向性差等问题，因能量损耗相当，单位能量沉积率基本一致，相比“三光束”激光熔覆技术，可以解决不同扫描方向引起的熔覆层形貌差异性问题，为高质量熔覆成形提供了新思路。
关键词：激光熔覆;;L型排布;;光丝同轴;;光斑特征;;熔覆层形貌
基金资助：国家自然科学基金(62173239);; 江苏省高校基础科学研究重大项目(23KJA460012);; 苏州工业职业技术学院项目(2021kyqd005、2022kypy09、2024kyqd003、2020kytd01、2023KYZD01)
