[发明专利]一种同轴送粉式激光熔覆工艺参数优化方法

权利要求书

1.一种同轴送粉式激光熔覆工艺参数优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：确定n个激光熔覆工艺参数为自变量、m个熔覆层性能评价指标为目标响应值，选取各工艺参数范围及p个水平，设计n因素p水平正交试验方案，进行激光单道熔覆试验完成相关数据采集；

S2：利用极差分析法和方差分析法，计算得出工艺参数对熔覆层性能评价指标的极差分析表、方差分析表以及目标响应值的均值响应图；确定工艺参数对熔覆层性能评价指标影响的权重排序；并判断工艺参数对熔覆层响应指标影响的显著性，选取显著性工艺参数；

S3：将步骤S2中选取的显著性工艺参数作为优化变量，将步骤S1中确定的熔覆层性能评价指标作为目标响应值，建立各目标响应值与优化变量的回归预测模型，并检验模型的精度是否满足后续工艺参数多目标优化要求；

S4：将步骤S2中选取的显著性工艺参数的范围作为约束条件，确定各目标响应值期望的最大/小化需求，采用最小值求解法优化各工艺参数，构建激光熔覆工艺参数多目标优化模型；

S5：通过多目标优化模型进行工艺参数寻优，依据个体的非劣解水平对种群中的个体分层，利用非支配解集中解的秩升序排序，挑选种群中较为优异的个体；

S6：快速排序后相同秩的解再按照聚集距离降序排序，扩展准Pareto域中的个体到整个Pareto域；

S7：运用快速非支配排序遗传算法求解优化变量和目标响应值Pareto前沿解集，结合实际生产要求，选择满足工况要求目标响应值对应的优化变量，即为最优工艺参数组合。

2.根据权利要求1所述的一种同轴送粉式激光熔覆工艺参数优化方法，其特征在于，所述步骤S1中，选取各工艺参数范围及p个水平，设计n因素p水平正交试验方案，是根据设备的使用经验和实际生产的要求而定，并设置相应的空白列，用于方差分析时确定随机误差引起的离差平方和。

3.根据权利要求1所述的一种同轴送粉式激光熔覆工艺参数优化方法，其特征在于，所述步骤S1中，熔覆试验前需对工件表面打磨抛光，并用无水乙醇和丙酮清洗表面油污；同时将合金粉末放入烘箱中加热并保温。

4.根据权利要求1所述的一种同轴送粉式激光熔覆工艺参数优化方法，其特征在于，所述步骤S1中，进行激光单道熔覆试验完成相关数据采集，应在激光熔覆试验后冷却至室温，采用线切割垂直于激光熔覆方向切割得到熔覆层横截面，经打磨抛光腐蚀后完成制样；测量熔覆层、熔池的宽度、高度以及熔覆层和熔池面积，并计算每组试样熔覆层性能评价指标的响应值。

5.根据权利要求1所述的一种同轴送粉式激光熔覆工艺参数优化方法，其特征在于，所述步骤S2中，利用极差分析法计算得出熔覆层性能评价指标的极差分析表，其中极差R＝max{K₁,…K_i,…,K_p}-min{K₁,…K_i,…,K_p}，K_i表示各因素所在列中水平为i(i＝1,2,3…p)时对应目标响应均值；利用方差分析法时需计算各工艺参数的F值，并与F临界分布表比较，同时要求P值小于0.05。

6.根据权利要求1所述的一种同轴送粉式激光熔覆工艺参数优化方法，其特征在于，所述步骤S3中，建立各目标响应值与优化变量的回归预测模型，所述回归预测模型如下：

其中，Y表示目标响应值；X_ij表示i因素j水平值；X_i表示为工艺参数优化变量；

表示工艺参数的影响指数；b为模型修订系数；β₀和β_i表示回归系数拟合值；p表示工艺参数的水平数；t表示工艺参数优化变量的个数。

7.根据权利要求1所述的一种同轴送粉式激光熔覆工艺参数优化方法，其特征在于，所述步骤S3中，检验模型的精度是否满足后续工艺参数多目标优化要求，具体是计算各目标响应值与优化变量回归预测模型的相关平方系数，当相关平方系数大于0.9，即满足后续工艺参数多目标优化的精度要求。