發(fā)布時(shí)間：2020-06-12 14:32

【摘要】：激光增材制造技術(shù)用于制造、零件修理、涂層和金屬快速成型,在該過程中,涉及到激光與粉末的相互作用、激光與基板的相互作用、界面的演化以及融合的相互作用。充分理解激光和粉末耦合現(xiàn)象變得更加重要,熔池表面鈦合金粉末的動(dòng)態(tài)特性和熔池中鈦合金粉末熔化狀態(tài)直接影響成形件形貌、缺陷以及組織。許多學(xué)者對(duì)熔池流動(dòng)特征和同軸噴粉加入的粉末粒子進(jìn)行了數(shù)值仿真模擬,然而,目前極少有學(xué)者用實(shí)驗(yàn)方法精確地描述熔池表面鈦合金粉末的流動(dòng)特性以及對(duì)熔池表面鈦合金粉末的熔化過程進(jìn)行研究。本文的研究主要內(nèi)容是鈦合金激光增材制造過程熔池與鈦合金粉末耦合現(xiàn)象,分析了熔池表面鈦合金粉末的流動(dòng)速度,熔池表面鈦合金粉末的熔化時(shí)間以及熔池單位面積區(qū)域內(nèi)鈦合金粉末的數(shù)量。首先,本文通過搭建雙目視覺系統(tǒng),對(duì)熔池圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。兩臺(tái)高速相機(jī)的型號(hào)分別為MEMRECAM HX-7和FASTCAM SA4,將兩臺(tái)高速相機(jī)安裝同時(shí)觸發(fā)開關(guān),確保兩臺(tái)高速相機(jī)采集到同步的熔池圖像,并將兩臺(tái)高速相機(jī)的分辨率、曝光時(shí)間以及幀率等參數(shù)設(shè)置成相同。同時(shí),調(diào)節(jié)好兩臺(tái)高速相機(jī)的相對(duì)位置,確保能夠采集到干擾較少的熔池圖像。此外,對(duì)兩臺(tái)高速相機(jī)進(jìn)行尺寸標(biāo)定和棋盤格標(biāo)定,標(biāo)尺標(biāo)定的目的是確定熔池大小,棋盤格標(biāo)定的目的是確定兩臺(tái)高速相機(jī)的內(nèi)外參數(shù)和兩臺(tái)高速相機(jī)的相對(duì)位置。其次,本文對(duì)兩臺(tái)高速相機(jī)采集到的熔池圖像進(jìn)行處理,通過圖像剪切、濾波以及閾值分割等一系列的數(shù)學(xué)圖像處理技術(shù)提取熔池面積、長度、高度以及熔池表面的鈦合金粉末特征。并統(tǒng)計(jì)熔池表面鈦合金粉末的熔化時(shí)間和單位熔池面積內(nèi)表面鈦合金粉末的數(shù)量。同時(shí),從熔池的圖像中提取到熔池表面的鈦合金粉末,并對(duì)鈦合金粉末進(jìn)行三維重構(gòu)。利用粒子濾波追蹤算法對(duì)熔池表面運(yùn)動(dòng)的鈦合金粉末進(jìn)行快速且準(zhǔn)確地追蹤,并計(jì)算出熔池表面鈦合金粉末的速度。最后,本文研究了送粉率、激光功率以及掃描速度等工藝參數(shù)分別對(duì)鈦合金粉末的流動(dòng)速度、鈦合金粉末的熔化時(shí)間和單位面積區(qū)域內(nèi)鈦合金粉末數(shù)量的影響規(guī)律。鈦合金粉末在溶池中的熔化過程主要分為四種類型,分別是粉末直接進(jìn)入熔池內(nèi)部熔化,粉末在模糊區(qū)域熔化,粉末在固液界面處熔化和粉末未與熔池完全融合。
【圖文】：

邐鈦合金激光增材制造過程中熔池和粉末耦合現(xiàn)象研宄邐逡逑０逡逑材制造過程中熔池和添加粉末間的相互作用機(jī)制將會(huì)對(duì)優(yōu)化和控制加工過程提供逡逑參考。首先，激光加工工藝參數(shù)如何影響熔池形態(tài)和流動(dòng)行為的機(jī)制研究并不成逡逑熟，無法建立具有兩者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，無法定量的分析工藝參數(shù)對(duì)加工狀態(tài)的逡逑影響權(quán)重；其次，熔池狀態(tài)對(duì)成型工件性能影響的研究并不完善，無法通過在線逡逑監(jiān)測(cè)熔池實(shí)現(xiàn)對(duì)合金的凝固狀態(tài)或缺陷生成進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而無法通過在線閉環(huán)控逡逑制保障最終成型工件的綜合力學(xué)性能。逡逑

２．２實(shí)驗(yàn)設(shè)備逡逑２．２．１激光r:及溶覆頭逡逑激光器為ＹＬＳ－５０００型光纖激光器，，由ＩＰＧ公司生產(chǎn)，如圖２．２邋（ａ）所示，逡逑其主要參數(shù)見表２．２。激光增材制造熔覆頭采用的Ｐｒｅｃｉｔｅｃ公司的ＹＣ５２熔覆頭，逡逑如圖２．２邋（ｂ）所示，其主要參數(shù)如表２．３所示。逡逑１邐１１１邐雪１逡逑（ａ）光纖激光器邐（ｂ）ＹＣ５２熔覆頭逡逑圖２．２光纖激光器及其熔覆頭逡逑表２．２邋ＹＬＳ－５０００型激光器主要技術(shù)參數(shù)逡逑參數(shù)類型邐參數(shù)大小逡逑額定輸出功率（Ｗ）邐５００－５０００逡逑光束模式邐ＴＥＭ00逡逑運(yùn)行模式邐連續(xù)或調(diào)制逡逑輻射帶寬（ｎｍ邋）邐３逡逑輻射波長（ｎｍ）邐１０７０逡逑輸出光纖芯徑（｜ｉｍ）邐４００逡逑調(diào)制頻率（ｋＨｚ）邐５逡逑操作光纖邋ＢＰＰ邋（ｍｍ＊ｍｒａｄ）邐
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN249;TG146.23

【參考文獻(xiàn)】

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2 王華明;張述泉;湯海波;李鵬;方艷麗;李安;;大型鈦合金結(jié)構(gòu)激光快速成形技術(shù)研究進(jìn)展[J];航空精密制造技術(shù);2008年06期

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1 鮑曉利;三維粒子跟蹤測(cè)速系統(tǒng)中的三維重構(gòu)技術(shù)研究[D];大連理工大學(xué);2013年

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本文編號(hào)：2709669