激光快速成形过程温度测量及组织控制研究
发布时间：2023-04-05 14:35
激光快速成形技术是在快速原型技术和激光熔覆技术的基础上发展起来的一项高新制造技术,能够实现高性能复杂结构金属零件的快速、无模具、近终形制造,在航空、航天领域具有广阔的应用前景。本文通过建立比色红外测温系统,对成形过程的温度进行测量,研究了各工艺条件对激光快速成形温度的影响规律,并结合理论分析对成形精度和凝固组织控制进行了探讨。取得的主要成果如下: 1.建立了激光快速成形温度测量系统 利用比色红外测温仪建立了激光快速成形的温度测量系统,能够实现熔化区域温度的实时跟踪测量和定点测量。 2.揭示了各工艺条件对激光快速成形热行为的影响 通过温度测量揭示了送粉率、扫描速度、激光功率、光斑直径、保护气体流量和送粉点位置对熔池温度的影响规律; 单道多层熔覆和多道搭接熔覆过程具有温度累积特性,这一特性将导致逐层逐道沉积时熔覆层尺寸的增加以及温度梯度的下降。而温度梯度的下降使枝晶一次间距逐渐增大。 3.提出熔覆层厚度反馈控制方案 改变质量输入的层厚控制:激光功率和扫描速度恒定时,熔池温度随熔覆层厚度的减小而增大,通过控制送粉率或送粉点位置可以实现熔...
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第1章 绪论
1.1 激光快速成形技术的原理及特点
1.2 激光快速成形技术的发展及应用
1.3 激光与材料之间的相互作用
1.3.1 激光与粉末的相互作用
1.3.1.1 粉末材料对激光的吸收
1.3.1.2 粉末流对激光的衰减
1.3.2 粉末与基材的相互作用
1.4 激光快速成形过程的热行为
1.4.1 熔池温度的测量
1.4.2 熔池温度场测量
1.5 激光快速成形过程的实时监测与闭环控制
1.5.1 熔覆层厚度的实时监测与控制
1.5.2 沉积高度的闭环控制
1.5.3 基于红外成像监测的熔池几何尺寸控制
1.5.4 熔池温度的闭环控制
1.5.5 粉末输送过程的实时监测与控制
1.6 激光快速成形组织形成
1.6.1 强制生长条件下的快速枝晶生长
1.6.2 柱状晶/等轴晶生长转变
1.6.3 激光熔池形状对微观组织的影响
1.6.4 激光快速成形组织特征
1.7 有待进一步研究的问题
参考文献
第2章 研究方案
2.1 研究目的及主要研究内容
2.2 实验系统的建立
2.2.1 激光快速成形系统
2.2.2 测温仪器的选择
2.2.3 测温仪的标定
2.2.3.1 黑体标定
2.2.3.2 热电偶标定
2.2.4 激光快速成形熔池区域测温系统
2.3 实验材料及试样处理
2.3.1 实验材料
2.3.2 试样制备
2.3.3 分析仪器
2.4 本章小结
参考文献
第3章 激光快速成形的温度测量
3.1 前言
3.2 熔池区域温度的测量
3.2.1 熔池温度的实时跟踪测量
3.2.2 定点温度测量
3.3 成形工艺参数对熔池温度的影响
3.3.1 同步送进粉末对熔池温度的影响
3.3.2 扫描速度对熔池温度的影响
3.3.3 激光功率对熔池温度的影响
3.3.4 激光光斑尺寸对熔池温度梯度的影响
3.3.5 保护气体流量对熔池的冷却作用
3.3.6 粉末送入位置对熔池温度的影响
3.4 多层熔覆过程熔池温度测量
3.5 多道搭接熔覆过程温度测量
3.6 熔覆层厚度控制的探讨
3.6.1 改变质量输入的层厚控制
3.6.2 改变能量输入的层厚控制
3.7 本章小结
参考文献
第4章 激光多层熔覆外延定向凝固研究
4.1 前言
4.2 激光多层熔覆凝固组织的影响因素
4.2.1 基体晶体取向对凝固组织的影响
4.2.2 熔池后沿固液界面形状对凝固组织的影响
4.2.3 重熔深度对凝固组织的影响
4.3 凝固过程的 CET转变
4.3.1 柱状生长
4.3.2 等轴生长
4.3.3 柱状/等轴生长转变(CET)
4.4 激光熔覆熔池后沿凝固条件分析
4.5 激光快速成形定向凝固及单晶制备
4.5.1 在(001)晶面上沿[100]方向熔覆
4.5.2 在与(001)晶面成一定角度的表面上熔覆
4.6 熔覆过程的有限元模拟
4.7 本章小结
参考文献
结论
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢
本文编号：3783583
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第1章 绪论
1.1 激光快速成形技术的原理及特点
1.2 激光快速成形技术的发展及应用
1.3 激光与材料之间的相互作用
1.3.1 激光与粉末的相互作用
1.3.1.1 粉末材料对激光的吸收
1.3.1.2 粉末流对激光的衰减
1.3.2 粉末与基材的相互作用
1.4 激光快速成形过程的热行为
1.4.1 熔池温度的测量
1.4.2 熔池温度场测量
1.5 激光快速成形过程的实时监测与闭环控制
1.5.1 熔覆层厚度的实时监测与控制
1.5.2 沉积高度的闭环控制
1.5.3 基于红外成像监测的熔池几何尺寸控制
1.5.4 熔池温度的闭环控制
1.5.5 粉末输送过程的实时监测与控制
1.6 激光快速成形组织形成
1.6.1 强制生长条件下的快速枝晶生长
1.6.2 柱状晶/等轴晶生长转变
1.6.3 激光熔池形状对微观组织的影响
1.6.4 激光快速成形组织特征
1.7 有待进一步研究的问题
参考文献
第2章 研究方案
2.1 研究目的及主要研究内容
2.2 实验系统的建立
2.2.1 激光快速成形系统
2.2.2 测温仪器的选择
2.2.3 测温仪的标定
2.2.3.1 黑体标定
2.2.3.2 热电偶标定
2.2.4 激光快速成形熔池区域测温系统
2.3 实验材料及试样处理
2.3.1 实验材料
2.3.2 试样制备
2.3.3 分析仪器
2.4 本章小结
参考文献
第3章 激光快速成形的温度测量
3.1 前言
3.2 熔池区域温度的测量
3.2.1 熔池温度的实时跟踪测量
3.2.2 定点温度测量
3.3 成形工艺参数对熔池温度的影响
3.3.1 同步送进粉末对熔池温度的影响
3.3.2 扫描速度对熔池温度的影响
3.3.3 激光功率对熔池温度的影响
3.3.4 激光光斑尺寸对熔池温度梯度的影响
3.3.5 保护气体流量对熔池的冷却作用
3.3.6 粉末送入位置对熔池温度的影响
3.4 多层熔覆过程熔池温度测量
3.5 多道搭接熔覆过程温度测量
3.6 熔覆层厚度控制的探讨
3.6.1 改变质量输入的层厚控制
3.6.2 改变能量输入的层厚控制
3.7 本章小结
参考文献
第4章 激光多层熔覆外延定向凝固研究
4.1 前言
4.2 激光多层熔覆凝固组织的影响因素
4.2.1 基体晶体取向对凝固组织的影响
4.2.2 熔池后沿固液界面形状对凝固组织的影响
4.2.3 重熔深度对凝固组织的影响
4.3 凝固过程的 CET转变
4.3.1 柱状生长
4.3.2 等轴生长
4.3.3 柱状/等轴生长转变(CET)
4.4 激光熔覆熔池后沿凝固条件分析
4.5 激光快速成形定向凝固及单晶制备
4.5.1 在(001)晶面上沿[100]方向熔覆
4.5.2 在与(001)晶面成一定角度的表面上熔覆
4.6 熔覆过程的有限元模拟
4.7 本章小结
参考文献
结论
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢
本文编号：3783583
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/3783583.html
