激光熔覆快速成形光內(nèi)同軸送粉斜壁堆積的初步研究.pdf

1、許多金屬零件都有側(cè)壁傾斜的幾何特征。本研究針對(duì)金屬件激光熔覆快速成形過程中斜壁成形無底材支撐的問題，采用光內(nèi)同軸送粉成形的新工藝堆積斜壁實(shí)體，并與傳統(tǒng)的光外側(cè)向送粉和多粉路同軸送粉成形工藝進(jìn)行比較。 通過試驗(yàn)、比較和分析得出：光內(nèi)同軸送粉成形工藝在一定程度上克服了部分側(cè)向送粉和同軸送粉成形的不足，激光束與粉末幾何耦合性好，實(shí)現(xiàn)了光、粉、氣的一體同軸，單粉束光內(nèi)同軸正向垂直輸送，入光率高，發(fā)散小，保護(hù)氣流對(duì)粉末流運(yùn)動(dòng)無干擾，成型件

2、表面光潔度高，側(cè)面無未熔化顆粒，尺寸精度高，有利于斜壁的堆積成形。 建立環(huán)形光作用下粉末的溫升模型，通過計(jì)算粉末的溫升情況，確定粉末顆粒到達(dá)熔池時(shí)的狀態(tài)，以此來選擇斜壁成形時(shí)的工藝參數(shù)，確保得到良好的熔覆質(zhì)量。 在多模激光束模式下，利用新型光內(nèi)同軸送粉噴頭進(jìn)行了多次單道熔覆掃描試驗(yàn)，探索了不同工藝參數(shù)(激光功率、掃描速度、送粉速度)與熔覆層質(zhì)量的關(guān)系。建立了有關(guān)斜壁傾斜角度的理論模型，找到影響傾斜角度的工藝參數(shù)以及這些工

3、藝參數(shù)與傾斜角度的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并進(jìn)行無支撐偏移堆積斜壁的試驗(yàn)，試驗(yàn)證明：斜壁的傾斜角度與偏移量、掃描速度成正比，與送粉速度成反比，與理論模型的研究結(jié)論基本相符。提出了偏移率的概念，分析了斜壁塌陷的原因以及傾斜極限與偏移率的關(guān)系。研究并分析斜壁成形工藝過程特征，包括斜壁內(nèi)外表面粗糙度不一致、斜壁上下寬度不一致以及斜壁上下厚度不一致等現(xiàn)象，并提出了改進(jìn)措施。進(jìn)行無支撐偏移堆積斜壁試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中不斷修正Z軸增量和激光功率，得到了具有

4、一定傾斜角度和高度，且外觀形貌質(zhì)量好的斜壁結(jié)構(gòu)。 比較了光內(nèi)、光外送粉方式下斜壁件的成形質(zhì)量，結(jié)果表明：采用光內(nèi)送粉的方式成形出的斜壁件其傾斜角度已經(jīng)大于光外送粉方式下的傾斜角度極限值30°，其表面粗糙度小且具有一定的垂直高度。 對(duì)單道熔覆層和斜壁實(shí)體進(jìn)行了顯微分析與硬度檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：涂層與基體以及涂層與涂層之間形成了良好冶金結(jié)合；單道熔覆層顯微組織致密，無氣孔、裂紋等缺陷；斜壁成形件的上中下部組織都有著快速凝固的特征