激光熔覆再制造涂层质量超声/金属磁记忆综合评价物理机制和方法

激光熔覆再制造技术已应用于各工业领域装备机械构件修复，其涂层缺陷和残余应力是影响再制造构件安全运行的重要因素。本项目用铁基合金粉末制备激光熔覆层试样及其含人工缺陷标块试样，研究熔覆层内部（含结合界面区）气孔和裂纹等缺陷对超声波检测信号的影响，探讨熔覆层缺陷与超声波的作用规律；研究表层缺陷的磁记忆信号变化规律，探讨缺陷泄漏磁场的物理机制；结合缺陷的破坏性试验分析，建立熔覆层缺陷的超声/磁记忆综合无损评价理论和方法。同时，分别对热处理消除应力前后的熔覆试样进行超声和金属磁记忆检测，结合X-射线衍射法和小孔法测定熔覆层残余应力，研究残余应力对熔覆层中超声波传播速度的影响，分析应力消除前后试样的磁记忆信号变化规律，建立熔覆层残余应力的超声/磁记忆综合评价理论和方法。项目研究对促进激光再制造技术和无损检测理论与技术发展、促进再制造工程在循环经济中发挥更大功能，具有重要科学意义和应用价值。

激光熔覆是先进再制造技术，在循环经济发展中发挥着重要作用，近年来在装备再制造领域获得了广泛应用，对激光熔覆再制造零件质量检测评价理论与技术需求更紧迫。本项目针对激光熔覆再制造涂层残余应力以及气孔和裂纹等缺陷的检测评价需求，研究其超声/金属磁记忆检测理论和方法。自2010年立项以来，本项目按照项目研究计划，经三年时间的研究，完成了项目主要研究内容，实现了项目研究目标，获得了理论和技术突破，为激光熔覆再制造零件质量控制和检测评价提供了理论和技术支撑。在本项目资助下，培养中青年学术带头人1人、出站博士后1人、毕业博士生2人、毕业硕士生1人，仍有在站博士后1人、博士生2人、硕士生1人。. 本项目利用全固态激光器和CO2激光器，选用Fe314和Fe90铁基合金粉末作为激光熔覆材料，制备出了不同厚度的激光熔覆层试样及其人工缺陷试样，测试了熔覆层（沉积金属）的力学性能。采用超声表面波、纵波等不同波形超声波对厚度小于1.2mm和大于3.0mm的涂层中的裂纹等缺陷进行检测评价，探索了涂层残余应力和缺陷的评价方法；结合激光熔覆层的非均质组织结构特征，探讨了激光熔覆层中超声波传播规律，明确了影响超声波检测评价涂层应力和缺陷结果的因素及其规律，获得了残余应力和超声波传播速度的关系，建立了激光熔覆层残余应力和缺陷的超声检测评价方法。采用金属磁记忆技术对厚度为1.2~3.0mm的Fe314激光熔覆层的缺陷和应力损伤检测评价方法进行了理论和试验研究，获得了静载拉伸条件下无缺陷涂层应力损伤的评价方法以及缺陷和应力耦合作用下涂层应力损伤的评价方法。项目理论成果促进了无损检测技术手段和再制造质量评价技术发展；项目技术成果获得了初步应用，促使激光再制造技术在节约型社会建设中发挥更大作用。项目成果具有重大的科学意义和社会意义。