基于激光光內(nèi)同軸送粉的非圓滑過渡薄壁件快速成形研究.pdf

1、激光熔覆成形(LaserCladdingForming，LCF)技術(shù)是激光熔覆技術(shù)與快速成形技術(shù)的結(jié)合，目前已成為先進制造技術(shù)的一個重要研究方向。目前LCF技術(shù)中成形所采用送粉方式多為光外側(cè)向送粉和光外同軸送粉，這兩種送粉方式在使用時出現(xiàn)一些不可忽視的問題，如激光束與粉末耦合性差，金屬粉末利用率低等。
　　 針對光外側(cè)向送粉和光外同軸送粉的缺點，本課題組開發(fā)了一種新型的光內(nèi)同軸送粉成形工藝，很好地解決了以上問題。本課題對熔覆過程

2、中的能量分配形式和金屬粉末堆積方式進行了分析，并針對現(xiàn)有光內(nèi)同軸送粉噴嘴及調(diào)節(jié)裝置的不足，做出了相應(yīng)的改進。
　　 本課題使用改進后的光內(nèi)同軸送粉噴嘴及調(diào)節(jié)裝置，研究和總結(jié)了激光功率、送粉速度、掃描速度和離焦量等主要工藝參數(shù)對送粉熔覆層形貌和成形質(zhì)量的影響規(guī)律，還進行了變寬熔道成形試驗。研究發(fā)現(xiàn)：(1)當(dāng)功率較低時，升高激光功率可以增大熔道高度和寬度；當(dāng)功率偏大時，升高激光功率對熔道高度和寬度影響不大。(2)當(dāng)送粉速率較小時，增

3、大送粉速率可以增大熔道高度和寬度；當(dāng)送粉速率較大時，增大送粉速率對熔道高度和寬度影響不大。(3)隨著掃描速度的增大，熔覆層的寬度和高度都會減小。其中熔覆層的高度明顯減小，而寬度稍有減小。(4)在負(fù)離焦?fàn)顟B(tài)下，隨著離焦量的增大，熔道高度會增大，熔道寬度會減??；在正離焦?fàn)顟B(tài)下，隨著離焦量的增大，熔道高度會減小，熔道寬度會增大。(5)在保證激光功率P、送粉速率Vf和D×Vs不變的基礎(chǔ)上，改變掃描速度和離焦量的配比進行光內(nèi)送粉激光熔覆試驗，最終

4、得到了高度穩(wěn)定，寬度變化均勻的熔道。
　　 本課題以四方形薄壁件為例，使用常規(guī)方法進行了非圓滑過渡薄壁件的成形試驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，試驗因四方形薄壁件的拐角出現(xiàn)凸起而無法繼續(xù)進行，針對這種問題，提出了非圓滑過渡薄壁件成形的自修復(fù)效應(yīng)，并根據(jù)該效應(yīng)從兩方面改進了試驗方案：(1)使用X，Y軸聯(lián)動方式掃描代替單一X，Y軸掃描方式；(2)使用負(fù)離焦?fàn)顟B(tài)代替正離焦?fàn)顟B(tài)。試驗最終成功得到了四方形薄壁件。
　　 改進試驗得到的四方形薄壁件表