基于光內(nèi)送粉激光熔覆扭曲薄壁件的成形研究.pdf

1、激光熔覆成形技術(shù)LCRM(LaserCladdingRapidManufacturing)是20世紀(jì)90年代中后期發(fā)展起來的一種先進(jìn)制造技術(shù)，它綜合了激光熔覆技術(shù)與快速成形技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，在汽車、鋼鐵、航空、航天、電子等方面都有廣泛應(yīng)用。目前此項(xiàng)技術(shù)中成形所采用送粉方式多為光外側(cè)向同軸送粉，該種方式激光束與粉末耦合性差，成形件表面較粗糙，金屬粉末利用率低。本實(shí)驗(yàn)室提出一種新的光內(nèi)送粉激光熔覆成形技術(shù)，具有光粉耦合好，粉末利用率高，熔道平整等

2、優(yōu)點(diǎn)。本文重點(diǎn)對(duì)光內(nèi)送粉激光熔覆熔池溫度場(chǎng)以及熔覆成形扭曲薄壁高層零件進(jìn)行研究。
　　 設(shè)計(jì)了一種新型光內(nèi)泄壓送粉噴嘴。在原有環(huán)形光光內(nèi)送粉激光熔覆成形光頭的基礎(chǔ)上，對(duì)送粉噴嘴進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種泄壓送粉噴嘴，送粉效果顯示泄壓后的粉末束在保護(hù)氣體的約束下匯聚的更細(xì)，直線段距離更長(zhǎng)，可進(jìn)一步提高粉末利用率，同時(shí)有助于薄壁件的熔覆成形。
　　 分析了光內(nèi)送粉單道激光熔覆的溫度場(chǎng)。理論分析了環(huán)形光輻照下掃描線寬方向吸收能量的

3、“馬鞍形”分布，建立了環(huán)形光光內(nèi)送粉單道激光熔覆的有限元模型，得到了單道熔覆過程中熔池的溫度場(chǎng)分布呈彗星狀，高溫區(qū)域形狀似“馬鞍形”；提出了通過觀察熔池橫斷面溫度分布等值線圖來判斷熔覆層成形質(zhì)量和其與基體的結(jié)合情況，且單道實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其準(zhǔn)確性；另外熔池中心的定點(diǎn)在環(huán)形光掃過時(shí)經(jīng)歷了兩次升溫和降溫的過程，熔池近邊緣和熔池中心的點(diǎn)在光斑掃過的時(shí)候溫差不大，說明了環(huán)形光光內(nèi)送粉激光熔覆的優(yōu)越性。
　　 系統(tǒng)研究了激光功率、送粉速率、掃描

4、速度和離焦量等因素對(duì)激光熔覆成形單道熔覆層表面形貌以及熔覆層高度和寬度的影響。研究得出了一些重要結(jié)論，為采用該工藝成形薄壁扭曲零件以及今后環(huán)形光光內(nèi)送粉激光熔覆成形技術(shù)的應(yīng)用提供重要參考和依據(jù)。
　　 試驗(yàn)堆積成形了扭曲薄壁件。在單道實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定了扭曲薄壁件光內(nèi)送粉激光熔覆成形的初始參數(shù)和試驗(yàn)方案；建立了扭曲薄壁件激光熔覆成形的有限元模型，分析了扭曲薄壁件熔覆成形過程中溫度場(chǎng)的演變過程和定點(diǎn)溫度的熱循環(huán)，并且通過仿真實(shí)時(shí)控制