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LCRM(LaserCladdingRapidManufacturing)是20世紀90年代中后期發(fā)展起來的一種先進制造技術，它綜合了激光熔覆技術與快速成形技術的優(yōu)點，在汽車、鋼鐵、航空、航天、電子等方面都有廣泛應用。目前此項技術中成形所采用送粉方式多為光外側向同軸送粉，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。本實驗室提出一種新的光內(nèi)送粉激光熔覆成形技術，具有光粉耦合好，粉末利用率高，熔道平整等

2、優(yōu)點。本文重點對光內(nèi)送粉激光熔覆熔池溫度場以及熔覆成形扭曲薄壁高層零件進行研究。
　　 設計了一種新型光內(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上，對送粉噴嘴進行了改進，設計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氣體的約束下匯聚的更細，直線段距離更長，可進一步提高粉末利用率，同時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。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量和其與基體的結合情況，且單道實驗驗證了其準確性；另外熔池中心的定點在環(huán)形光掃過時經(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在光斑掃過的時候溫差不大，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的應用提供重要參考和依據(jù)。
　　 試驗堆積成形了扭曲薄壁件。在單道實驗的基礎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的演變過程和定點溫度的熱循環(huán)，并且通過仿真實時控制