超声振动辅助激光熔覆技术：高端制造的新趋势
在现代制造业中，提升金属零部件的性能和延长其使用寿命是永恒的追求。激光熔覆技术作为一种表面强化手段，因其能够显著改善零部件的耐磨性、抗腐蚀性和疲劳强度等性能而备受关注。然而，激光熔覆过程中产生的残余应力和应变集中问题，一直是制约其在高端装备关键部件应用的瓶颈。近期，一项创新技术——超声振动辅助激光熔覆技术，为解决这一问题提供了新的思路。
一．激光熔覆技术及其挑战
激光熔覆技术通过快速熔化和凝固零部件表面，改变表层微观组织结构，从而提升其性能。但这一过程中的剧烈加热和冷却导致了复杂的热应力场，容易产生应变集中和残余应力，影响产品的力学性能和可靠性。
二．超声振动辅助技术的研究背景
为了降低激光熔覆过程中的残余应力，研究人员开始探索基于前后处理与多技术协同的方法。超声能场作为一种外加能量场，已被证明能有效加强熔池流动、降低温度梯度，并均匀组织分布，从而影响残余应力分布。
三．数字图像相关法（DIC）技术的应用
DIC技术作为一种非接触、全场变形的光学测量方法，能够实时测量材料或结构的应变分布，适用于复杂工况下激光熔覆过程中的动态应变捕捉。本文基于DIC技术，提出了适用于激光熔覆过程熔池附近区域应变观测的散斑制作方法及质量评价指标，实现了激光熔覆过程中的应变观测。
四．超声振动辅助激光熔覆试验平台
研究人员搭建了超声振动辅助激光熔覆试验平台，对比分析了超声对应变分布的作用效果。结果表明，超声振动能显著均匀化应变集中区域并减小应变峰值，且这种作用效果随超声功率的增加而愈加显著。
五．超声振动对熔覆过程的影响
超声振动不仅影响了应变分布，还在熔池液态金属凝固过程中起到了作用。超声空化作用引起局部过冷，抑制了元素偏析，破碎了枝晶和网状析出相，使得富集元素更均匀地分布，从而减少析出相的形成并改善应力分布。
超声振动辅助激光熔覆技术的研究为控制应变分布提供了更有效的方法，有望提升构件的力学性能。随着技术的不断发展，结合原位监测技术的多技术复合激光熔覆有望与智能化技术相结合，实现实时监测和智能工艺优化，推动制造业的创新和可持续发展。
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