激光熔覆成型的各向异性表征方法研究现状

刘颖¹，董丽虹²，王海斗²

1. 中国地质大学(北京)工程技术学院2. 陆军装甲兵学院装备再制造技术国防科技重点实验室

摘 要：再制造技术是一项节能、绿色、环保的修复改造技术,作为制造产业链的延伸以及先进制造、绿色制造的重要组成技术,自进入人们的视野以来,在制备工艺和加工参数优化,尤其是在缺损零件的反求建模、成型评价、三维开发以及自动化等方面,短短几年内取得了众多的研究成果。增材制造技术中,激光熔覆成型技术将表面强化技术和激光快速原型制造技术相结合,因成型后的零件具有组织性能优良、柔性化程度高、应用材料种类广泛以及可制备复杂结构等优点,广泛应用于零件的再制造和修复。激光熔覆增材制造技术因能量密度高、焊接热影响区小、成型效率高等优点而成为目前应用最广泛的增材制造技术之一。激光熔覆再制造技术由于成型过程反复加热的特点形成"阶梯多层"的组织结构,导致成型件表现出力学、光学、磁学、热学和声学等的各向异性。通常可采用整体性能数据替代非均质组织的表征信息,影响该技术在工程中的应用与评价。激光熔覆组织的研究可以参考多层多道焊的研究。因此,近几年来除探索增材再制造工艺参数和性能评测外,零件的这种非均匀性逐渐引起重视,研究者正探索不同成型加工方向造成的材料微观结构的非均质带来的宏观性能上的差异。目前,可以明确得到不同成型方向上的硬度、弹性模量和抗拉强度等存在差异,零件性能的特殊要求可以以此为依据进行成型加工设计。研究者对激光熔覆增材制造组织的非均匀性的研究经历了横向各向同性、正交各向异性以及双向各向异性等过程。其中理想状态下的多层金属堆焊组织最早被视为均匀的层状横向各向同性介质,每个层内晶粒方向一致,晶粒方向急剧变化的区域层状介质划分比较密集;或者将焊缝以中心连续晶粒为基准,以熔合线为起点,以焊缝中心为终点进行划分;或者根据不同区域晶粒形貌和取向的差异进行标识和划分,将整个焊缝划分为七个区域等。本文简要介绍了焊接成型的各向异性研究发展进程,针对熔覆结构非均质的性能表征中的测量方法以及数值表征方法进行详述,指出未来针对各向异性的研究趋势,为后续研究提供参考。

关键词：激光熔覆;各向异性;再制造;组织性能;表征方法;