粉末预置/旁轴送入时与半导体激光热交互作用的检测与分析
发布时间：2022-12-07 01:11
半导体激光熔覆技术具有成形稀释率低、裂纹缺陷少等优点,逐步成为部件强化、修复的有效手段之一。在工程应用中,随着金属部件的表面形貌与状态日益复杂,对激光熔覆成形的精度与质量提出了更高的要求;同时,为了降低打磨等后续机加工难度、缩短处理流程,也要求将熔覆过程由“近形”转变为精确成形控制。但是,由于缺乏对热过程作用机理的深入研究,无法解析热源特征对成形状态的影响机制,目前激光熔覆的成形控制只能依靠大量工艺试验与人工经验进行参数整定与优化。为此,文中针对熔覆成形的热物理过程,利用高速摄像与红外系统采集、分析光粉的热作用过程,建立不同特征阶段的热物理模型,分析不同参数对热物理行为的影响机制。主要的研究工作如下:（1）针对粉末预置时,分析不同特征阶段对成形状态的影响,结合热吸收、传导、积累、散失、辐射等作用,研究不同阶段的热平衡状态,建立可以描述热物理过程的状态方程,同时定性分析不同参数对于热物理行为的作用规律与影响机制,并通过实验验证了激光功率、离焦量、粉末粒度等参数对不同特征阶段的影响规律。（2）在粉末旁轴送入时,首先针对无激光作用下的粉末束流行为进行了高速摄像采集,结合设计的图像处理算法,分...
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 激光熔覆技术的研究与应用现状
1.3 激光与粉末交互作用的国内外研究现状
1.3.1 粉末预置时与激光的交互作用
1.3.2 粉末旁轴送入时与激光的交互作用
1.4 本文的主要研究内容
第2章 实验系统设计
2.1 实验材料及设备
2.2 熔覆过程高速摄像采集系统设计
2.2.1 预置粉末激光熔覆过程动态采集系统
2.2.2 旁轴送粉激光熔覆过程动态采集系统
2.3 旁轴送粉热过程红外采集系统设计
2.4 小结
第3章 粉末预置时与激光交互作用的热物理过程解析
3.1 粉末层到熔覆层形成过程的图像采集
3.1.1 熔覆过程特征阶段的提取与分析
3.2 不同特征阶段的热物理过程解析
3.2.1 初始阶段的热物理过程解析
3.2.2 特征阶段一的热物理过程解析
3.2.3 特征阶段二的热物理过程解析
3.2.4 成形阶段的热物理过程解析
3.3 不同工艺参数对粉末熔化热物理过程的影响
3.3.1 不同激光功率对熔覆过程特征阶段的影响
3.3.2 不同离焦量对熔覆过程特征阶段的影响
3.3.3 不同粉末颗粒大小对熔覆过程特征阶段的影响
3.4 小结
第4章 粉末旁轴送入时与激光交互作用的热物理过程解析
4.1 粉末束流的形态采集与分析
4.1.1 送粉器性能的标定
4.1.2 粉末流形态采集与图像特征处理
4.1.3 粉斑大小的预测
4.1.4 送粉转速对粉末流宏观形貌的影响
4.2 粉末旁轴送入时的热过程采集与分析
4.2.1 灰度图像处理
4.2.2 不同激光功率对激光作用区域粉末颗粒状态的影响
4.2.3 不同离焦量对激光作用区域粉末颗粒状态的影响
4.2.4 不同粉末颗粒大小对激光作用区域粉末颗粒状态的影响
4.3 粉末旁轴送入时的热物理过程解析
4.3.1 粉末在激光作用下的变化过程
4.3.2 粉末颗粒的温升模型
4.3.3 粉末颗粒的运动模型
4.4 不同参数对粉末颗粒离开激光束时的温度影响
4.4.1 激光功率对粉末颗粒温度的影响
4.4.2 离焦量对粉末颗粒温度的影响
4.4.3 粉末颗粒大小对粉末颗粒温度的影响
4.5 不同参数作用对粉末颗粒熔化热物理过程影响及温度检测
4.5.1 不同激光功率下粉末颗粒的形态及温度检测
4.5.2 不同离焦量下粉末颗粒的形态及温度检测
4.5.3 不同颗粒直径下粉末颗粒的形态及温度检测
4.6 小结
总结与展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
附录B 粉末束流图像处理程序
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光熔覆工艺参数对熔覆层形貌的影响及优化[J]. 于天彪,宋博学,郗文超,马哲伦. 东北大学学报(自然科学版). 2019(04)
[2]工艺参数对同轴送出粉末流动状态的影响[J]. 杨义成,王威,王旭友,黄瑞生. 焊接学报. 2017(05)
[3]同轴送粉和压片预置激光熔覆NiCoCrAlY涂层工艺比较[J]. 冯君,田宗军,王东生,杨友文. 应用激光. 2015(01)
[4]激光制造中同轴粉末流场分析与检测[J]. 刘立峰,董丽莹,董玲,王云山. 激光与光电子学进展. 2014(08)
[5]曲轴轴颈损伤表面的激光熔覆再制造修复[J]. 封慧,李剑峰,孙杰. 中国激光. 2014(08)
[6]同轴送粉激光熔覆中激光透过率研究[J]. 申卫国,岑虎,雷剑波,刘立峰,王云山. 机械工程学报. 2014(08)
[7]激光熔覆单道沉积轨迹横截面形貌变化规律研究[J]. 高士友,李健,李臣光,周野飞. 中国激光. 2013(05)
[8]粉末性质对同轴送粉激光熔覆中粉末流场的影响规律[J]. 刘昊,虞钢,何秀丽,李少霞. 中国激光. 2013(05)
[9]45号钢热处理工艺常见问题及其预防措施[J]. 孔建,姜明国. 装备制造技术. 2013(04)
[10]激光熔覆技术研究现状及其发展[J]. 王东生,田宗军,沈理达,黄因慧. 应用激光. 2012(06)
博士论文
[1]基于红外热成像的温度场测量关键技术研究[D]. 王华伟.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2013
[2]金属粉末选择性激光熔化成形的关键基础问题研究[D]. 李瑞迪.华中科技大学 2010
[3]激光烧结铜基合金的关键工艺及基础研究[D]. 顾冬冬.南京航空航天大学 2007
硕士论文
[1]半导体激光与TIG电弧复合热源的熔覆成形机理研究[D]. 李旭宾.兰州理工大学 2018
[2]燃气轮机叶片激光增材修复基础研究[D]. 杨义成.机械科学研究总院 2017
[3]45号钢激光熔覆技术研究[D]. 张吉庆.辽宁工业大学 2016
[4]激光熔覆层几何特征与熔池表面张力初步研究[D]. 李健.燕山大学 2014
[5]基于CCD的激光熔覆在线检测系统的开发与应用研究[D]. 杨柳杉.湖南大学 2011
[6]316不锈钢金属粉末的选择性激光烧结成形研究[D]. 潘琰峰.南京航空航天大学 2005
本文编号：3711962
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 激光熔覆技术的研究与应用现状
1.3 激光与粉末交互作用的国内外研究现状
1.3.1 粉末预置时与激光的交互作用
1.3.2 粉末旁轴送入时与激光的交互作用
1.4 本文的主要研究内容
第2章 实验系统设计
2.1 实验材料及设备
2.2 熔覆过程高速摄像采集系统设计
2.2.1 预置粉末激光熔覆过程动态采集系统
2.2.2 旁轴送粉激光熔覆过程动态采集系统
2.3 旁轴送粉热过程红外采集系统设计
2.4 小结
第3章 粉末预置时与激光交互作用的热物理过程解析
3.1 粉末层到熔覆层形成过程的图像采集
3.1.1 熔覆过程特征阶段的提取与分析
3.2 不同特征阶段的热物理过程解析
3.2.1 初始阶段的热物理过程解析
3.2.2 特征阶段一的热物理过程解析
3.2.3 特征阶段二的热物理过程解析
3.2.4 成形阶段的热物理过程解析
3.3 不同工艺参数对粉末熔化热物理过程的影响
3.3.1 不同激光功率对熔覆过程特征阶段的影响
3.3.2 不同离焦量对熔覆过程特征阶段的影响
3.3.3 不同粉末颗粒大小对熔覆过程特征阶段的影响
3.4 小结
第4章 粉末旁轴送入时与激光交互作用的热物理过程解析
4.1 粉末束流的形态采集与分析
4.1.1 送粉器性能的标定
4.1.2 粉末流形态采集与图像特征处理
4.1.3 粉斑大小的预测
4.1.4 送粉转速对粉末流宏观形貌的影响
4.2 粉末旁轴送入时的热过程采集与分析
4.2.1 灰度图像处理
4.2.2 不同激光功率对激光作用区域粉末颗粒状态的影响
4.2.3 不同离焦量对激光作用区域粉末颗粒状态的影响
4.2.4 不同粉末颗粒大小对激光作用区域粉末颗粒状态的影响
4.3 粉末旁轴送入时的热物理过程解析
4.3.1 粉末在激光作用下的变化过程
4.3.2 粉末颗粒的温升模型
4.3.3 粉末颗粒的运动模型
4.4 不同参数对粉末颗粒离开激光束时的温度影响
4.4.1 激光功率对粉末颗粒温度的影响
4.4.2 离焦量对粉末颗粒温度的影响
4.4.3 粉末颗粒大小对粉末颗粒温度的影响
4.5 不同参数作用对粉末颗粒熔化热物理过程影响及温度检测
4.5.1 不同激光功率下粉末颗粒的形态及温度检测
4.5.2 不同离焦量下粉末颗粒的形态及温度检测
4.5.3 不同颗粒直径下粉末颗粒的形态及温度检测
4.6 小结
总结与展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
附录B 粉末束流图像处理程序
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光熔覆工艺参数对熔覆层形貌的影响及优化[J]. 于天彪,宋博学,郗文超,马哲伦. 东北大学学报(自然科学版). 2019(04)
[2]工艺参数对同轴送出粉末流动状态的影响[J]. 杨义成,王威,王旭友,黄瑞生. 焊接学报. 2017(05)
[3]同轴送粉和压片预置激光熔覆NiCoCrAlY涂层工艺比较[J]. 冯君,田宗军,王东生,杨友文. 应用激光. 2015(01)
[4]激光制造中同轴粉末流场分析与检测[J]. 刘立峰,董丽莹,董玲,王云山. 激光与光电子学进展. 2014(08)
[5]曲轴轴颈损伤表面的激光熔覆再制造修复[J]. 封慧,李剑峰,孙杰. 中国激光. 2014(08)
[6]同轴送粉激光熔覆中激光透过率研究[J]. 申卫国,岑虎,雷剑波,刘立峰,王云山. 机械工程学报. 2014(08)
[7]激光熔覆单道沉积轨迹横截面形貌变化规律研究[J]. 高士友,李健,李臣光,周野飞. 中国激光. 2013(05)
[8]粉末性质对同轴送粉激光熔覆中粉末流场的影响规律[J]. 刘昊,虞钢,何秀丽,李少霞. 中国激光. 2013(05)
[9]45号钢热处理工艺常见问题及其预防措施[J]. 孔建,姜明国. 装备制造技术. 2013(04)
[10]激光熔覆技术研究现状及其发展[J]. 王东生,田宗军,沈理达,黄因慧. 应用激光. 2012(06)
博士论文
[1]基于红外热成像的温度场测量关键技术研究[D]. 王华伟.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2013
[2]金属粉末选择性激光熔化成形的关键基础问题研究[D]. 李瑞迪.华中科技大学 2010
[3]激光烧结铜基合金的关键工艺及基础研究[D]. 顾冬冬.南京航空航天大学 2007
硕士论文
[1]半导体激光与TIG电弧复合热源的熔覆成形机理研究[D]. 李旭宾.兰州理工大学 2018
[2]燃气轮机叶片激光增材修复基础研究[D]. 杨义成.机械科学研究总院 2017
[3]45号钢激光熔覆技术研究[D]. 张吉庆.辽宁工业大学 2016
[4]激光熔覆层几何特征与熔池表面张力初步研究[D]. 李健.燕山大学 2014
[5]基于CCD的激光熔覆在线检测系统的开发与应用研究[D]. 杨柳杉.湖南大学 2011
[6]316不锈钢金属粉末的选择性激光烧结成形研究[D]. 潘琰峰.南京航空航天大学 2005
本文编号：3711962
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3711962.html
