線損傷鋁合金薄板脈沖激光再制造工藝與特性研究.pdf

1、在我國大力推進再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的背景下，對存在損傷且具有高附加值特性的薄壁零部件進行再制造具有重要的經(jīng)濟意義和社會意義，其中，以“嚴（性能嚴）、精（精度高）、薄（結(jié)構(gòu)?。睘樘卣鞯默F(xiàn)代航空航天等領(lǐng)域中不可或缺的整體結(jié)構(gòu)鋁合金薄壁件，就是一類具有極高成品附加值的再制造對象。本文通過使用較為適合薄壁件再制造的激光再制造技術(shù)，并借助有限元分析軟件ANSYS的仿真功能，對存在典型線損傷—裂紋的鋁合金薄板進行再制造研究，所開展的研究工作和取得的成果

2、如下:
　　(1)對鋁合金薄板激光再制造各工藝環(huán)節(jié)進行了研究。脈沖激光由于能量輸入小，冷卻速度快，故選擇脈沖激光器作為本文鋁合金薄板的再制造設(shè)備。同時，針對粉末黏結(jié)法尚不能有效解決鋁合金薄板再制造熔結(jié)區(qū)的氣孔問題，采用壓片預(yù)置法作為添材法，結(jié)果表明:粉末預(yù)置法因不使用粘接劑，可顯著改善熔結(jié)區(qū)的氣孔問題。
　　(2)利用ANSYS對鋁合金薄板脈沖激光再制造過程中的溫度場分布進行了模擬，并研究了主要工藝參數(shù)對熔池形貌和表面極值溫

3、度的影響。結(jié)果表明:脈沖激光再制造過程中溫度場等溫線分布呈圓形，通過實驗驗證，表明本文所建立數(shù)值模擬模型能夠較真實地反映壓片預(yù)置式鋁合金薄板脈沖激光再制造過程的溫度場分布情況;熔池極值溫度和熔寬、熔深隨脈沖寬度增大而增大，隨頻率速度比增大而增大，但脈沖寬度變化造成的影響要更加顯著;在本文實驗條件下，電壓U為500V、脈寬tp為5ms，頻率f為10hz，掃描速度v為4mm/s，光斑直徑為1.6mm的激光參數(shù)較為合適。
　　(3)采用

4、間接法，對鋁合金薄板脈沖激光再制造過程中的殘余應(yīng)力和應(yīng)變演化過程進行了實時動態(tài)模擬。結(jié)果表明:脈沖激光由于冷卻速度較快，熔池兩側(cè)均存在壓應(yīng)力區(qū);激光脈沖作用結(jié)束后，易在熔池中心形成一個較大的應(yīng)力集中;再制造過程中，鋁合金薄板產(chǎn)生了較為明顯的變形，特別是發(fā)生了明顯的扭曲和角變形。
　　(4)較為系統(tǒng)地研究了脈沖激光再制造鋁合金薄板的微觀組織、拉伸性能以及硬度沿垂直于激光掃描方向的分布情況。結(jié)果表明:鋁合金薄板激光再制造界面區(qū)組織主要

5、可分為熱影響區(qū)和熔結(jié)區(qū);熔結(jié)區(qū)主要由中部細小的等軸晶和沿熔合線定向生長的柱狀晶組成，顯微硬度測試表明熔結(jié)區(qū)硬度較高(105-120HV);熱影響區(qū)雖未見明顯組織粗大帶及過時效區(qū)，但經(jīng)顯微硬度測試表明該區(qū)域硬度值最低（71-78HV，其中母材約為80-85HV），說明近界面母材發(fā)生了軟化現(xiàn)象;兩次輻照搭接界面區(qū)的組織混雜，不僅存在方向各不相同的柱狀晶、細小的等軸晶，還存在粗大的樹枝晶，搭接區(qū)中部的組織形貌主要為柱狀晶和粗大等軸晶。同時，拉

6、伸試驗結(jié)果表明:鋁合金薄板脈沖激光再制造后拉伸強度達到了母材拉伸強度的93.69％，已基本能夠滿足A6061鋁合金薄板再制造的要求。
　　(5)對基于微納復(fù)合粉體的鋁合金薄板脈沖激光再制造進行了探索研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加納米氧化鈰的熔結(jié)區(qū)組織較未添加納米顆粒時更加均勻，顯微硬度也略有提高(約為115-125HV);納米碳化硅的添加則可打斷枝晶區(qū)的生長連續(xù)性，熔結(jié)區(qū)顯微硬度明顯提高(最高值達135HV)，但波動較大。添加納米氧化鈰和納