【摘 要】
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激光熔覆是由高能密度的激光束将粉末和基体表面熔化形成表面熔覆层。主要用于材料的表面改性、破损件的修复再制造以及快速原型制造。由于其成形过程采用大功率热源,成形的
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激光熔覆是由高能密度的激光束将粉末和基体表面熔化形成表面熔覆层。主要用于材料的表面改性、破损件的修复再制造以及快速原型制造。由于其成形过程采用大功率热源,成形的温度具有动态、时变、不均匀的特点,易导致基板和成形面不均匀的膨胀和收缩,造成基板和成形件的变形。本文对熔覆成形的变形控制进行研究。使用激光熔覆系统进行熔覆成形前,进行粉末和基板预处理。并研究实验平台和工艺参数对变形的影响。实验证明:成形中基板在四周固定底部无约束的情况下,其基板变形表现为中间低,两边翘曲变形,因此对基板实验台下部进行改进添加支撑,不仅减少基板的变形,又增加实验台的刚性。通过单因素工艺实验找出熔宽尺寸相差较大的几组工艺参数,进行熔覆同等区域,分析熔宽对基板变形的影响。对成形过程中扫描路径对基板的变形研究中。先通过ANSYS模拟单道和多道熔覆的温度场和变形,再使用红外热成像仪和三坐标测量仪对单道成形的温度和多道成形的变形进行实验,验证实验和模拟的准确性,得出熔覆过程中温度累积效应及变形特点。接下来对激光熔覆成形中扫描路径对基板的影响进行实验分析,测量不同扫描路径下基板的变形图进行变形量的对比。对成形过程中基板的变形控制进行研究。基板的变形由熔覆过程中不均匀的成形热造成的,因此提出水冷的冷却方法。通过ANSYS进行有无水冷情况下成形过程中的温度场和变形分析,并实验验证,证明水冷可以有效降低温度,减小基板的变形。又采用水冷块和射流冷却两种不同的冷却方式进行实验,证明射流冷却对减小基板的变形效果更好。最后对射流冷却方式的水流速度和温度对基板的变形影响进行研究,在射流冷却的基础上,对射流冷却水流的温度和速度进行研究,证明选择合适的水流速度和水温对基板的变形控制有着重要的意义。
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