激光熔覆修復(fù)過程中單道熔覆層形貌極大地影響修復(fù)效果,但多工藝參數(shù)對(duì)熔覆層影響的耦合作用機(jī)制尚未被研究清楚,因此,獲得不同工藝參數(shù)組合與熔覆層尺寸的定量關(guān)系是亟待解決的難題。以Inconel 625合金的激光熔覆修復(fù)為背景,采用隨機(jī)森林（Random Forest,RF）算法構(gòu)建了激光熔覆工藝參數(shù)（激光功率、掃描速度、送粉速率）到單道熔覆層尺寸的回歸模型,將模型用于特定熔覆參數(shù)組下單道尺寸的預(yù)測(cè);同時(shí)在給定期望的單道熔覆層尺寸參數(shù)時(shí),基于Gini不純度選擇強(qiáng)關(guān)聯(lián)因子構(gòu)建了工藝參數(shù)預(yù)測(cè)模型。結(jié)果表明,激光熔覆工藝參數(shù)預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)誤差小于4%,能夠準(zhǔn)確地估計(jì)加工特定單道熔覆層截面幾何形狀所需的激光熔覆工藝參數(shù)。 

【文章來源】：中國有色金屬學(xué)報(bào). 2020,30(07)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

預(yù)測(cè)模型的對(duì)樣本集的擬合效果圖

對(duì)建立的RF預(yù)測(cè)模型進(jìn)行重要性檢驗(yàn)，即分別對(duì)激光功率、掃描速度、粉末流速進(jìn)行重要性評(píng)估，結(jié)果如圖4所示。本文中重要性超過0.15被認(rèn)為該因子對(duì)響應(yīng)具有顯著影響。由此可以看出，受到激光功率變化影響最大的尺寸參數(shù)是單道的熔覆深度，而激光功率變化對(duì)于潤濕角度與熔覆高度幾乎沒有影響；掃描速度變化影響的尺寸參數(shù)主要是熔覆高度和潤濕角度；受到粉末流速變化影響較多的尺寸參數(shù)是單道的熔覆高度、潤濕角度、熱影響區(qū)深度和熔覆深度，熔覆寬度和稀釋率受粉末流速變化的影響很小。基于以上分析，篩選掉影響度在0.15以下的因子后，激光功率的預(yù)測(cè)過程需要4個(gè)因子：熔深、稀釋率、HAZ深、熔寬；掃描速度的預(yù)測(cè)需要2個(gè)因子：熔高和潤濕角度；粉末流速的預(yù)測(cè)需要4個(gè)因子：熔高、潤濕角度、HAZ深度、熔深。

采用自主研制的激光熔覆系統(tǒng)進(jìn)行球形Inconel 625粉末在不銹鋼基體上的單道熔覆實(shí)驗(yàn)。激光熔覆原理如圖1所示，金屬粉末隨高純氬氣流動(dòng)經(jīng)熔覆頭送粉噴嘴匯聚于一點(diǎn)。激光束由熔覆頭鏡組匯聚于工作平面并在基體表面形成熔池，同時(shí)合金粉末輸送入熔池發(fā)生冶金反應(yīng)。當(dāng)激光熔覆頭移動(dòng)熔池迅速凝固并形成熔覆層，經(jīng)層層掃描堆疊形成具有一定厚度的修復(fù)層。為構(gòu)建激光熔覆參數(shù)與單道熔覆層尺寸的預(yù)測(cè)模型，需要構(gòu)建模型的訓(xùn)練組�，F(xiàn)有研究認(rèn)為激光功率、掃描速度和粉末流速是影響熔覆層形貌的最主要的工藝參數(shù)[20-21]，因此在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)只需要改變這3個(gè)參數(shù)。對(duì)于隨機(jī)森林回歸模型(Random forest regressor,RFR)來說，訓(xùn)練時(shí)可參考的實(shí)驗(yàn)結(jié)果越多，模型的擬合效果就越好，但也同時(shí)增加了實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性。本文設(shè)計(jì)了20組三因子的Inconel 625粉末激光熔覆單道實(shí)驗(yàn)，并將其同時(shí)作為多項(xiàng)式模型和RF模型的訓(xùn)練組。

【參考文獻(xiàn)】：
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