为了解决熔覆层表面气孔识别技术中耗时且准确度不足的问题, 文章利用深度学习技术中的语义分割网络提出了基于U-net神经网络识别熔覆层表面气孔的2BNC-Unet神经网络。通过引入Batch Normalization层以及串联注意力机制(CBAM)合理部署在神经网络中, 选取交并比(IoU)与Dice系数作为网络的评价指标。研究结果表明: 在测试集中, 2BNC-Unet网络的交并比与Dice系数分别为86.96%、86.42%, 相比U-net神经网络分别提高了7.65%、4.73%。同时为了验证该网络的性能, 选用SegNet、2BNC-Unet与U-net神经网络进行对比实验, 结果表明2BNC-Unet的分割效果不仅优于SegNet和U-net网络, 而且熔覆层表面的气孔细节能够被完整地分割。在深度学习技术中2BNC-Unet的分割速度和准确度都有了显著地提高, 气孔的分割为熔覆层的性能分析提供了帮助。

为改善熔覆层显微组织结构，强化42CrMo表面性能，基于42CrMo基材多道熔覆H13-TiC复合粉末，采用数值模拟与熔覆试验相结合的方式，探究不同熔覆功率下的温度对熔覆层显微组织和显微硬度的影响机理。基于材料性能的温变性构建激光熔覆模型，分析功率对熔覆层表面温度场以及残余应力场的影响机制。针对实验获得的H13-TiC复合熔覆层，采用扫描电镜分析其显微结构以及元素分布，研究TiC颗粒的形态分布与显微硬度之间的关系。结果表明：激光功率在2000 W增大至2850 W的过程中，第三条轨道熔覆状态下的温度峰值提升34.4%，2850 W时高达3471.53 ℃；轨道表面的残余应力呈现中间大两头小的分布规律。熔覆层内部TiC细小颗粒的数量随温度升高而逐渐增加，功率为2850 W时，TiC细小颗粒弥散较为均匀，TiC聚集区以外区域的显微硬度提升33%~50%。通过分析功率增大过程中轨道间温度场和残余应力场的变化规律，改善和提升了熔覆层显微组织结构和显微硬度，为激光熔覆技术在截齿材质42CrMo的应用方面提供了理论依据。

为了提高铌合金的综合性能，利用激光熔覆技术，通过预置粉末成功制备了钼熔覆层，采用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机分析了不同能量密度获得的激光熔覆层微观组织、裂纹率、硬度及耐磨性。结果表明，当能量密度为6.67 J/mm²时，熔覆层表面平整，熔道规则连续。当能量密度从5.56 J/mm²上升到8.90 J/mm²时，熔覆层硬度从420 HV_0.05提高到480 HV_0.05，磨损率从12.24×10^-3 mg/m下降至7.59×10^-3 mg/m，降低了38%；熔覆层物相主要为Nb-Mo固溶体，其中Mo质量分数达到22.3%；经10%的HF酸腐蚀5 h，没有腐蚀出熔覆层晶界，耐HF酸腐蚀性明显提高。综上所述，激光熔覆制备钼熔覆层可以提高铌合金的综合性能。

为了对H13模具钢进行更好的强化和修复，在H13钢基体上采用激光熔覆制备了H13/Ni/WC混合粉末双层梯度熔覆层，在两层熔覆层的初始粉末中，Ni/WC混合粉末的质量分数分别为15%和30%。测试并比较了基体与熔覆层的显微硬度、高温硬度、热疲劳性能和耐磨损性能，探讨了熔覆层的磨损机理。熔覆层横截面的显微硬度从基体到熔覆层外表面呈明显的梯度分布规律，接近熔覆层外表面区域的显微硬度为1100 HV，而基体的显微硬度仅为400 HV。高温硬度测试结果表明：随着测试温度升高，基体和接近熔覆层外表面区域的硬度均下降，且熔覆层下降的幅度大于基体，室温时基体和熔覆层的硬度分别为1347.68 HV和1510.35 HV；当测试温度达到800 ℃时，基体和熔覆层的硬度分别下降到1006.8 HV和921.4 HV；当测试温度为500 ℃左右时，两区域的硬度相当。耐磨性测试结果表明：当测试温度在500 ℃以下时，熔覆层的耐磨性优于基体；当测试温度在500 ℃及以上时，熔覆层的耐磨性低于基体。主要原因是当测试温度低于500 ℃时，熔覆层中马氏体的强度和硬度很高，使得熔覆层较基体具有更高的硬度；但当测试温度高于500 ℃时，会发生退火现象，从而导致熔覆层表面的硬度和耐磨性急剧下降。

超声表面波是检测激光熔覆层质量的重要手段, 为提高检测分辨率, 采用可达到声束聚焦效果的相控阵表面波对激光熔覆层进行检测。建立了单探头与相控阵表面波传播的有限元模型, 基于Fermat原理研究超声波传播路径并分析了阵元延时特性, 实现了相控阵表面波的聚焦和偏转, 研究了熔覆层厚度对相控阵表面波聚焦特性的影响。结果表明, 对于基体材料为铝, 熔覆层材料为45#钢时, 熔覆层厚度在2.5 mm内, 聚焦点的能量随厚度增加而减小, 如1 mm厚相对于0.2 mm厚的聚焦点能量减小了58.8%; 当厚度大于2 mm时, 聚焦点处能量变化不明显, 表明超声相控阵表面波对薄的熔覆层具有较好的检测效果。

采用光纤激光器在高强韧钢表面熔覆Ni60涂层及Ni60+WC复合涂层, 研究了不同工艺参数下熔覆层的形貌特征, 探究了WC增强相对熔覆层组织的影响规律, 并对深冷前后熔覆层的显微组织和硬度进行了对比分析。结果表明: 激光工艺参数影响熔覆层显微组织, 当激光功率过大时, 熔覆层中未出现针状共晶组织; Ni60粉末中加入WC粉末后, 熔覆层组织中出现晶粒细化现象; 对低硬度熔覆层进行深冷处理, Ni60熔覆层组织中析出更多条状碳化物, Ni60+WC熔覆层出现组织细化现象, 从而均使熔覆层硬度提高。

为了提高冶金关键零部件热轧地下卷取机卷筒扇形板的力学性能并延长其使用寿命, 使用激光熔覆技术在2Cr12NiMoWV钢表面分别制备了两种铁基合金熔覆层; 利用金相显微镜观察熔覆层的显微组织; 利用显微硬度计测试熔覆层的硬度; 利用万能力学试验机测试熔覆层的力学性能; 利用SEM观察拉伸断口的显微组织; 利用EDS对断口的元素种类与含量进行分析。试验结果表明: 两种铁基合金熔覆层表面光滑平整, 无裂纹、气孔等明显缺陷, 均与基体钢形成了良好的冶金结合; 熔覆层的界面组织呈现定向快速凝固特征。其中A粉末制得的激光熔覆层硬度整体高于基体, 抗拉强度1 030 MPa, 屈服强度812 MPa, 延伸率10.1%, 断口形貌表明其断裂机制为脆性断裂; B粉末制得的激光熔覆层硬度整体略低于基体, 抗拉强度895 MPa, 屈服强度512 MPa, 延伸率26.5%, 断口形貌呈现出大量的韧窝, 断裂机制为韧性断裂。A粉末的激光熔覆组织硬度高、强度大, 塑性较差, B粉末的激光熔覆组织硬度较低、强度较差, 塑性极好。

激光熔覆能改善基体材料表面的耐磨、耐热和耐腐蚀等力学及化学性能, 可以延长工件的使用寿命, 节约经济成本。现阶段对于燃气轮机叶轮、叶片的修复工艺有很多, 各有优缺点。从工程应用的角度考虑, 研究了激光熔覆功率对熔覆层表面形貌及稀释率的影响, 并分析了其金相组织。实验结果表明, 在只考虑激光功率, 而其它工艺参数不变的情况下, 熔覆层宽度和高度随激光功率的增大而增大, 稀释率随激光功率的增大亦增大, 并且当能量密度在8.49 kJ/cm2~10.62 kJ/cm2时, 金相组织致密, 无裂纹、气孔等缺陷, 可应用于实际工件修复中。

为了得到激光熔覆Ni35WC11涂层的最优工艺参数,采用单因素控制法,以激光功率、送粉量、扫描速度三种工艺参数作为控制变量,将熔覆层的稀释率、高度和宽度作为参考指标,进行了正交极差分析。结果表明:送粉量、扫描速度、激光功率对参考指标的影响逐渐减小;通过单因素和正交分析得到的最优参数为激光功率为1500 W,送粉量为2 g/s,扫描速度为4 mm/s。根据该参数制作样本,得到的熔覆层硬度为710 HV左右,自腐蚀电位为-0.72 V,自腐蚀电流密度为0.96 A/cm 2,表明了在最优参数下得到的熔覆层硬度高、组织均匀、耐腐蚀性强。

曲面激光熔覆由于搭接率变化,易导致熔覆层厚薄不均。提出了一种自由曲面激光熔覆等搭接率熔道的轨迹生成算法。采用深度相机采集曲面的点云数据,确定一条点云束,对其拟合后作为初始熔道轨迹并根据等距离步长法得到加工点集。采用求交切片法获得垂直熔覆方向的曲面轮廓,在轮廓上搜寻加工点集的等距点。由等距点集拟合出后一道熔覆轨迹,从而保证搭接率相等。重复上述步骤直到轨迹遍历曲面。按加工点的法矢量方向确定熔覆喷头的运动姿态,使喷头轴线始终垂直加工表面。对半球形封头表面进行熔覆实验,结果表明:等间距轨迹规划算法结合喷头的变姿态适配,可获得搭接率一致的曲面熔道;得到的自由曲面激光熔覆层厚度均匀,硬度较高,无明显的道间隆起或凹陷等缺陷。