感应熔覆技术作为一项节能、环保的表面熔覆新技术,综合了感应加热技术和表面涂层技术的优势,可实现在金属材料表面制备具备离子键结合强度的耐磨耐蚀合金涂层,在金属表面强化工业领域具有广泛的应用前景。由于感应熔覆过程控制工艺中存在着影响因素多、参数交互影响和过程物性参数复杂多变等问题,致使熔覆成形质量难以实现精确控制,因此,迫切需要对感应熔覆成形过程与参数控制工艺进行深入的研究。本课题针对感应熔覆过程控制工艺研究中存在的问题,采用数值模拟、实验测试和理论分析相结合的方法,在深入分析感应熔覆表面熔池的成形机理的基础上,揭示了加载电参数下的熔池流动特性,通过对不同工艺参数条件下感应熔覆过程参数的分析研究,探寻在感应熔覆过程中具有重要作用影响的敏感性工艺参数,探讨敏感性参数分析的方法和策略,探索感应熔覆过程的敏感性参数优化控制工艺规划策略,为实现感应熔覆过程的精确控制提供理论基础和数据参考,论文的主要研究工作和创新成果如下:(1)感应熔覆表面熔池成形机理研究。根据感应熔覆传热特性建立表面熔池传热与流动模型,利用验证的感应熔覆数值模拟温度场作为表面熔池的温度梯度驱动源,构建感应熔覆表面熔池模型,分析加载频率与电流对熔池成形面积与流速的作用规律,实验分析熔池流动对显微硬度与溶质扩散的影响规律。通过熔池模型研究表明,熔池速度矢量运动为涡旋运行,流速随着加热时间的增加而不断增大,熔池中最大流速在基体内侧位置,在基体逐渐熔化的过程中,熔池基体内侧大流速的金属液体带动熔化的液相扩展熔池的深度;熔池内侧的峰值流速表征着涂层与基体交界处的对流剧烈程度,其值可间接反映冶金结合强度和硬度;外侧的峰值流速表征着熔池内部流动对于熔池边界的冲刷程度,其值可以反映熔池大小的扩展能力;加载电流对熔池成形与流速的影响与加载电流值成正比,加载频率对熔池成形与流速的影响与加载频率值不成比例,在一定加载频率范围存在极值,对于优化感应熔覆表面熔池质量存在优化加载频率参数的必要性。(2)感应熔覆工艺过程参数敏感性研究。通过对感应熔覆过程工艺参数因素与质量目标参数的理论分析,构建分析工艺参数敏感性的田口正交试验,利用验证的感应熔覆模型模拟正交实验的不同工艺参数因素下的感应熔覆过程,通过目标参数的数值结果分析,对工艺参数因素影响作用进行量化分析,确定了感应熔覆过程主要敏感性参数因素对涂层界面应力、基体温度最大梯度与相变层厚度比三项目标参数的影响程度;探寻可控敏感性参数对目标参数的控制规律,研究分析参数因素与目标参数设定方法,基于极差分析得到了目标参数的优化组合工艺参数。(3)感应熔覆敏感性参数优化控制工艺研究。在分析敏感性参数对感应熔覆过程的影响规律的基础上,设计感应熔覆敏感性参数优化试验,利用感应熔覆过程变频调节与间隙比参数复合优化的方法对感应熔覆过程进行优化控制分析,通过有限元模拟与熔覆实验相结合的双向模式对设计试验进行目标参数分析,优化了感应熔覆过程敏感性参数的控制工艺,探索了提高感应熔覆成形质量的频率优化调节方式,提出了针对感应熔覆过程的敏感性参数控制工艺规划策略。(4)变频感应熔覆工艺实验分析研究。通过构建的变频感应熔覆实验平台进行敏感性参数优化控制实验,根据优化控制试验频率调整参数,设置感应熔覆实验平台的控制系统,使其满足实验要求的实时频率调节,利用感应熔覆实验平台上的红外线传感器进行实时检测熔覆表面温度,实现感应熔覆平台的实时频率自动调节满足敏感性参数优化控制试验的要求。通过数值模拟与熔覆实验研究,分析实时频率调节对感应熔覆过程优化控制工艺的影响。通过对感应熔覆表面熔池成形机理、敏感性参数分析、敏感性参数优化控制工艺等问题的研究,论文基于感应熔覆建模优化研究,实现了感应熔覆数值模拟的高效运算;基于感应熔覆实验平台设计,实现了感应熔覆实验过程中温度场实时监控与加载频率实时调整的检测控制功能,基于冷涂层优化制备研究,可实现制备满足实验研究要求的高质量熔覆涂层;基于感应熔覆温度场验证研究,实现了变频感应熔覆模型的验证实验问题。上述研究工作为感应熔覆成形机理研究与敏感性参数控制工艺研究提供了可靠高效的数值模型与实验设备基础,对于推动感应熔覆过程控制工艺研究和发展具有重要的现实意义。