（ ｎｓ ｉｕ ｅ ｏ ａ ｅ ｉｌＳ ｆ ｃ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ，Ｃｈ ｎｇ ｈ ｎ ｖ ｒ ｉｙ ｏ ｃ ｎｏ ｏ ｙ，Ｃｈ ｎｇ ｈ ｎ １ ０ ２ Ｃｈ ｎ ） Ｉ ｔｔ ｔ ｆＭ ｔ ｒ ａ ｕｒ ａ ｅ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｎ ａ ｃ ｕｎ Ｕ ｉ ｅ ｓｔ ｆ Ｔｅ ｈ ｌ ｇ ａ ｃ ｕ ３ ０１ ｉａ
．
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第３ ３卷 第 ５期
２１ ０ ２年 ｌ Ｏ月
长 春 工 业 大 学 学 报（ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ａ ｇ ｈ ｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｆＴｅ ｈ ｎ ｌ ｇ （ ｔ ｒ ｌ ｃｅ ｃ ｉｉｎ） ｏ ｒ ａ ｆＣｈ ｎ ｃ ｕ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｃ ｏ ｏ ｏ ｙ Ｎａ ｕ ａ ｉｎ ｅ Ｅｄ ｔ ｙ Ｓ ｏ
保证 激光 束 的高能 量 密 度 ， 光 束 径 尺寸 一 般 均 激
控制 在较 小 的范 围 内变 化 。因 此 ， 同轴 送 粉 激 对 光熔 覆而 言 ， 现 良好 的粉 光 匹 配 是工 艺 实 施 的 实 关键技 术 ， 中意 在 对 影 响送 粉 激 光熔 覆 过 程 中 文
覆材 料喷 嘴特性 的影 响作 用看 作 系统 因素 ， 带 其 来 的影 响作用 相对 稳 定 ， 响与 控 制 采用 其 它 方 影
法 进行处 理 。而送 粉速率 和 载气 流量是 实施 激光 熔 覆时 的可 变 工艺 参 数 。为 了简 化 分析 过 程 ， 只 分 析熔覆 材料 粉束腰 直径 与送 粉速 率 和载气 流量 之 间的关 系 。 首先 假设 熔覆 材料粉 的 流速与 载气 的流 速相 同且 速度 不变 ， 同时 假设 熔 覆 材 料 粉 流 动时 粉 体
Ｐｏ ｄ —ａｓ ｒ ｍ ａ ｃ ｎ ｎ ｔ ｅ ｃ ａ ａｌｐ ｗ ｄ ｗ ｅｒ ｌ ｅ ｔ ｈｉｇ ｉ ｈ ｏ ｘｉ ｏ ｅｒ ｆ ｅ ｎ ｎ ａ ｅｒｃｌ ｄ ｎ ｒ ｃ ｓ ｅ ｄｉ ｇ ａ ｄ ｌ ｓ ａ ｄｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓ
ＬＩ Ｘ ｉｍ ｉ Ｕ ～ ｎｇ
粉光 匹配 的 因素及 其 作 用 规 律 进行 研 究 ， 激 光 为
熔 覆 工艺 实施过 程 中相关 控制 问题 的解决 提供 理 论 和实 验依 据 。
ｌ 熔 覆 材 料 粉 束 流 的形 态 与 影 响 因素
１ １ 熔覆 材料 粉束 流的焦 点 、 ｌ＊ 束径 的定 义 ． 束ｌ ｎ ｌ 载气 流量 为 ２ ０Ｌ ｈ时 ， 同送 粉 速率 下 熔 ０ ／ 不 覆材料 粉 流束腰 直径 变化 照片 如 图 １所示 。
ｒ ｔ ． Ｔｈ ｔ ｃ ｎｉａ ｐ ｏ ｅ ｓ ｎ ｍａ ｃ ｎ ｓ ａ ｅ ａ ｅ ｅ ｏｕ ｅ ｎ ａ ｒ ｔｃ ｌ ｏｗｄｅ －ａ ｅ ａｅ ｅ ｅ ｈ ｃ ｌ ｒ ｃ ｓ ａ ｄ ｔ ｈｉ ｇ ｔ ｔ ｒ ｘｐ ｎｄ ｄ ｉ ｐ ａｃ ｉａ ｐ ｒ １ ｓ ｒ ｍａｔ ｈ ｎｇ ｃｉ
，
ｗｈ ｌ ｏ ｈ ｔ ｅ ｗａ ｓ ｉ ｍｅ ｅ ｎ ａ ｌ ｕ ａ ｇ ｆ ｃａ ｄ ｎ ｏ ｅ ｎ ｒ ａ ｅ ｗｉｈ ｔ ｅ ｐ ｗｄ ｒ ｆ ｅ ｉ ｇ ｉ ｂ ｔ ｈ ｉ ｔｄ ａ ｔ ｒ ａ ｄ ｆ ｌ ｔ ｒ ｎ ｅ ｏ ｌ ｄ ｉ ｇ ｐ ｗｄ ｒ ｉ ｃ ｅ ｓ ｔ ｈ ｏ ｅ ｅ ｄ ｎ ｅ ｏ
ｍａｔ ｒａ ｔ ｔ ｓ ａ ｄ ｔ ａ ｒｅ ｓ ｆｕ ｎｄ ｐ ｅ ｉ ｌｓ ａ ｅ ｎ ｈｅ ｃ ｒ ｉｒ ｇａ ｌ ｘ ａ ｏｗｄ ｒ ｆ ｅ ｎ ａ ｅ Ｗ ｅ ａ ａ ｙ ｅ ｔ ｆｅ ｔ ａ ｒｅ ａ ｅ ｅ ｄｉ ｇ ｒ ｔ ｎ ｌ ｚ ｈｅ ｅ ｆ ｃ ｓ ｏｆｃ ｒ ｉｒ ｇ ｓ
，
不 同 于传统 的方 法 ， 材料 逐层 积 累形 成零 部 将
件 ， 底改 变 了成 型 制 造 技术 的设 计 思 想 。控 制 彻 熔覆 材料 和基体 材料 的加 热温 度是 实现激 光熔 覆
向位 置称 为熔 覆材 料 束 流 的 焦 点 ； 焦点 上 下 熔 将
覆 材料粉 明显 聚集 的 区域 称 为熔覆 材料 粉流 的束
ｓ ｔｍ ． ｙｓ ｅ
Ｋｅｙ ｗｏ ｄ ｒ ｓ： ｌ ｓ ｒ ｂ ａ ；ｅ ｆ ｃ ｉ ｅ ｄｉ ｍ ｅ ｅ ａｅ ｅ ｍ ｆｅ ｔｖ ａ ｔ ｒ；ｗ ａ ｓ ｉ ｍ ｅ ｅ ｉ ｔｄ ａ ｔ ｒ； ｐ ｏｗｄｅ － ｓ ｒ ｍ ａ ｃ ｎｇ ｒ ａ ｅ ｔ ｈｉ
．
０ 引
送 粉激 光熔 覆 技术 是 近年来 发 展起 来 的一项
影 响 粉 光 匹 配 的 状 态 。将 熔 覆 材 料 颗 粒 大 小 和 熔
在 激光 束 中流 动 时具 有 发 散性 ， 粉速 率 和 载 气 送
流量对 这 种发散 性有 直接 的影 响 。而就激 光束 的 属性 而言 ， 一旦光 路 系统确 定 以后 ， 激光束 横截 面 的形状 、 寸变 化 规 律 就 基本 确 定 了下来 。为 了 尺
—・ ｋ √
熔 覆材 料粉 颗粒从 送 粉器 喷嘴 喷出后 至工件
表 面之 前 的颗粒 运动状 态 （ 图 １ ｂ ） 熔 覆 材 料 见 （），
粉流 在 流动过 程 中经 历 了 汇 聚与 发 散 的过 程 ， 类
腰 的特性 ， 在此 引 入 了熔 覆 材 料 粉 束 流 的束 径 和
腰 长的概 念 ， 熔 覆 材料 粉 流 束 腰 区 域 近似 为 圆 将
柱状。
现熔覆 材 料与基 体 的冶金 结合 ； 必要 条件 之 三
是实 现 良好 的熔覆 材料 粉 流 束 与 激光 束 的 匹 配 。
光束 中后 直到 落 到基 体 表 面前 ， 须保 证 熔 覆 材 必
料粉 颗粒 始终 在 激 光束 中被 加 热 ； 必要 条 件 之 二 是熔 覆材 料与 基体 表 面 同时 被 加热 ， 要 保 证 基 且 体表 面被 加热 到熔 化 或 具 有 表 面 活性 状 态 ， 以实
为 了描述 粉光 匹配方 便 和反 映熔覆 材料 粉束
．
ｆｕ ｌ ｘ，ｐ ｗｄ ｒ ｆ ｅ ｉｇ ｒ ｔ ｎ ｈ ｏ ｅ ｊｃ ｉｎ ａ ｇ ｅ ｏ ｔ ｅ ｗａｓ ｄａ ｔｒ ａ ｄ ｅ ｇ ｈ Ｔｈｅ ｏ ｅ ｅ ｄｎ ａ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｗｄ ｒ ｅｅ ｔｏ ｎ ｌ ｎ ｈ ｉｔ ｉｍｅ ｅ ｎ ｌｎ ｔ
料 表 面工 程领 域 的新技 术 。送 粉激 光熔 覆快 速成
５４ １
长 春 工 业 大 学 学 报（ 自然 科 学 版 ）
第 ３ ３卷
型技术 是采 用激 光熔 覆技 术制造 零件 的新 技术 之
一
向角 、 载气 流 速 和送 粉 速 率 等 因 素 的影 响 。 为分 析 问题方 便 ， 熔 覆 材 料粉 流 直 径 最 小 的束 流轴 将
ａ ｅ ｌ ｌ ｄ ｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓｕ ｄ ｒｔ ｅｆｘ ｄ ｃ ｎ ｉｉ ｎ ｒ ｎ ｅ ｔ ａ ｅ ｏ ｏ ｔ ｉ ｈ ｅ ａ ｉ ｎ ｈ Ｄ ｂ ｔ ｅ ｈ ｓ ｒ ｃａ ｄ ｎ ｒ ｃ ｓ ｎ ｅ ｈ ｉ ｅ ｏ ｄ ｔｏ ｓａ ｅ ｉ ｖ ｓ ｉ ｔ ｄ ｔ ｂ ａ ｎ ｔ ｅ ｒ ｌ ｔ ｓ ｉ ｅ ｗｅ ｎ ｔ ｅ ｇ ｏ
收 稿 日期 ：２ １ ５ ０ ｏ ２０ — ５ 基 金 项 目 ：吉林 省 科 技厅 重 大 攻 关 基 金 资 助 项 目 （０ ７ ３ ５ ２０００ ）
新技 术 ， 含 了激 光 技 术 、 ＡＤ技 术 、 控 技 术 、 包 Ｃ 数
新 材料 等 诸多 领 域 的 新 的材 料 加 工 方 法 ， 于材 属
Ａ —— 喷 嘴 口面 积 ， ｍｍ 若 喷 嘴 为多 个 单 （ 喷 嘴构成 ， 为总 的喷 嘴截 面积 ） Ａ 。
由此 得 出 ：
图 １ 载 气 流 量 为 ２ ｏＩ／ ｏ ｈ时 ， 同 送 粉 速 不
ｄ 一
率 下熔 覆材 料 粉 流 束 腰 直 径 变 化 照 片
√
，
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈｅ ｃ ｒ ｉ ｒ ｇ ｓ ｆｕ ｎｄ ｐｏ ｅ ｅ ｄ ｎ ａ ｅ ｄ ｉ ｇ ｔ ｎ ｔ ｏ ｘｉｌｐｏ ａ ｒｅ ａ ｌ ｘ ａ ｗｄ ｒ ｆ ｅ ｉ ｇ ｒ ｔ ｕｒｎ ｈｅ ｉ ｈｅ ｃ ａ ａ ｗｄｅ ｅ ｄ ｎｇ ａ ｒ ｆ ｅ ｉ ｎｄ
问间隙 可 忽 略 。粉 体 流 速 为 Ｑ Ａ ／
（ 粉速 率 ） ： 送 为
粉 体 流 量
Ｖ 丌 ｆ Ａ 一 ‘专 ）‘
式 中 ： ——送 粉速 率 （ 积送 粉速 率 ） ｍｍ。 ｓ 体 ， ／； Ｑ—— 载气 流量 ， ｍｍ。 ｓ ／； ｄ——一 覆材料 粉 流束腰 直径 ， 熔 ｍｍ；

验 结 果表 明， 增大 载 气流 量会使 熔 覆材 料粉 流 束腰 上 移并 拉长 ， 高送粉 速 率会 导致 熔覆 材 料 提 粉 流束 腰直 径 增大 和熔 覆材 料散 落 范 围增 大 。结合 实 际激 光 熔覆 粉 光 匹配 状 态 ， 明 了实现 阐
粉 光 匹配优 化 的工 艺过 程 。 关键 词 ：激光 束 ；有 效直 径 ；束腰 直 径 ；粉 光 匹配 中 图分类 号 ： ＴＢ ３ 文献标 志 码 ： Ａ 文 章编 号 ：１ ７ ３ （ Ｏ — ０ ～５ ３０ ６ ４ １ ７ ２ １ ）５０ １— ８ ｌ ０
１ ２ １ 熔覆材 料粉 束腰 直径 的影 响 因素分析 ．．
同轴送 粉 激光熔 覆 工 艺 实 施过 程 中 ， 覆 材 料 粉 熔
熔覆 材料 运 动 情 况 参 照 图 １ 综 合 分 析 熔 覆 ， 材料 粉束 流 的束 腰 直 径 受 送粉 速率 、 载气 流 量 的 影 响规律 ， 在此 不 考 虑熔 覆 材 料 颗 粒 的大 小 及 熔 覆材 料喷 嘴特性 等 因素 的影 响 。在 激光束 参数 确 定 的情况 下 ， 覆 材料 粉 流 束 腰 直径 的大 小 直 接 熔