基于灰基Taguchi的激光熔覆工艺参数优化及碳排放分析

高森奥; 毛华恺; 王桐新; 刘念; 杨兵; 张国栋

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2025.02.03

激光技术与应用创新 | 浏览量 : 0 下载量: 1085 CSCD: 0

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专辑

基于灰基Taguchi的激光熔覆工艺参数优化及碳排放分析
Optimization of Laser Cladding Process Parameters via Taguchi Grey Relational Analysis and Evaluation of Associated Carbon Emissions
2025年55卷第2期页码：25-38
收稿：2024-09-30，

修回：2024-12-09，

纸质出版：2025-02-20
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.02.03
稿件说明：

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高森奥，毛华恺，王桐新，等.基于灰基Taguchi的激光熔覆工艺参数优化及碳排放分析［J］.电焊机，2025，55（2）：25-38. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.02.03.

GAO Senao, MAO Huakai, WANG Tongxin, et al.Optimization of Laser Cladding Process Parameters via Taguchi Grey Relational Analysis and Evaluation of Associated Carbon Emissions[J].Electric Welding Machine, 2025, 55(2): 25-38. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.02.03.

摘要

采用灰基Taguchi正交试验设计，研究了激光功率、扫描速度和送粉率对熔覆层显微硬度、稀释率和接触角的影响，利用灰色关联分析法对多响应工艺进行优化，并结合生命周期评估法对激光熔覆全过程的碳排放进行建模分析。结果表明，送粉率与显微硬度和稀释率呈先降后增的趋势，与接触角则先升后降；扫描速度与显微硬度呈先降后升的趋势，与稀释率成正相关，与接触角则先降后平；激光功率与显微硬度和稀释率呈先降后增的趋势，与接触角成负相关。验证试验结果与预测灰关联度相差仅2.68%，表明了灰色关联分析法在激光熔覆工艺参数优化中的有效性和准确性。对经灰色关联分析法优化的激光熔覆涂层进行加工碳排放分析，其单位碳排放量仅约0.13 kg。该方法可用于确定多响应激光熔覆涂层制备及其他工业激光熔覆应用的理想加工参数。

Abstract

A grey-based Taguchi orthogonal experimental design was employed to investigate the effects of laser power

scanning speed

and powder feed rate on the microhardness

dilution rate

and contact angle of cladding layers. Based on the experimental data

grey relational analysis was utilized to optimize the multi-response process parameters

and the carbon emissions throughout the laser cladding process were modeled and analyzed using the method of life circle assessment. The results demonstrate that the powder feed rate exhibits an initial decrease followed by an increase in both microhardness and dilution rate

while the contact angle shows an initial increase followed by a decrease. Scanning speed displays an initial decrease followed by an increase in microhardness

a positive correlation with dilution rate

and an initial decrease followed by stabilization in contact angle. Laser power presents an initial decrease followed by an increase in microhardness and dilution rate

while maintaining a negative correlation with contact angle. The validation test results show only a 2.68% deviation from the predicted grey relational grade

highlighting the effectiveness and accuracy of grey relational analysis in optimizing laser cladding process parameters. Carbon emission analysis of the laser cladding coating optimized by grey relational analysis reveals a unit carbon emission of approximately 0.13 kg. The methodology proposed in this study can be applied to determine ideal processing parameters for multi-response laser cladding coating preparation and other industrial laser cladding applications.

关键词

Keywords

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