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行比較。 通過試驗、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，保護氣流對粉末流運動無干擾，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，通過計算粉末的溫升情況，確定粉末顆粒到達熔池時的狀態(tài)，以此來選擇斜壁成形時的工藝參數(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)同軸送粉噴頭進行了多次單道熔覆掃描試驗，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)計并進行無支撐偏移堆積斜壁的試驗，試驗證明：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，并提出了改進措施。進行無支撐偏移堆積斜壁試驗，實驗過程中不斷修正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。 對單道熔覆層和斜壁實體進行了顯微分析與硬度檢測，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