以減少成形過程熱輸入,控制熱影響區(qū)分布及成形層應(yīng)力分布狀態(tài)為目標(biāo),通過"生死單元"的有限元分析方法動(dòng)態(tài)模擬激光再制造成形過程,對(duì)比分析連續(xù)/脈沖模式激光再制造溫度場(chǎng),采用非接觸式紅外測(cè)溫儀驗(yàn)證分析結(jié)論,并就連續(xù)和脈沖工藝進(jìn)行再制造成形對(duì)比試驗(yàn)驗(yàn)證。分析和試驗(yàn)結(jié)果表明:脈沖模式優(yōu)化工藝參數(shù)為激光功率1.2 k W,光斑直徑3 mm,掃描速度5 mm/s,單道成形層寬度3.2 mm,脈沖激光脈寬10 ms,占空比1:1;相同成形工藝和散熱條件下,連續(xù)輸出模式下多層成形層熔池溫度最大值約為1400℃,較脈沖模式約高出170℃,且具有更大的熱輸入及熱影響區(qū)范圍,相關(guān)工藝及方法為葉輪葉片激光再制造提供分析和借鑒。 

【文章來源】：稀有金屬材料與工程. 2017,46(09)北大核心EISCICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

薄壁邊多層再制造成形有限元模型

第9期任維彬等：連續(xù)/脈沖激光再制造溫度場(chǎng)有限元分析與試驗(yàn)驗(yàn)證·2489·圖2薄壁結(jié)構(gòu)激光再制造成形瞬時(shí)溫度場(chǎng)Fig.2Temperaturefieldofthin-wallforlaserremanufacture:(a)thesideelevationofthewholetemperaturefieldand(b)thetopviewofthetemperaturefieldforthemolten-pool并向四周傳導(dǎo)，而前端未掃描過的區(qū)域，短時(shí)內(nèi)仍保持室溫所致。圖3所示分別為第5.4s時(shí)，連續(xù)與脈沖輸出模式熔池中心Z方向溫度場(chǎng)分布，對(duì)比圖3a，3b可知，連續(xù)輸出模式熔池溫度最高值達(dá)到1230℃，較脈沖輸出模式溫度最高值1120℃高出110℃，且等溫線較脈沖輸出模式下更為密集，即連續(xù)輸出模式成形層與基體溫度高于脈沖模式輸出下相同位置溫度。因此，在激光功率、掃描速度等主要工藝參數(shù)及成形尺寸一致的情況下，脈沖模式激光再制造工藝具有相對(duì)較小的的熱輸入和較低的熔池溫度以及相對(duì)較小的熱影響區(qū)分布范圍。2.2多層成形層溫度場(chǎng)對(duì)比圖4所示分別為連續(xù)與脈沖輸出模式成形第14.5s時(shí)，激光掃描至第4層中間位置時(shí)刻YZ剖面溫度場(chǎng)分布，對(duì)比分析圖4a、4b可知，連續(xù)輸出模式下熔池中心區(qū)域溫度最高值達(dá)到1400℃，較脈沖輸出模式下熔池溫度最高值高出約170℃。與單道成形層類似，圖3薄壁結(jié)構(gòu)激光再制造成形YZ平面溫度場(chǎng)Fig.3TemperaturefieldofYZprofileforthethin-wall’slaserremanufacture:(a)thedistributionoftemperaturefieldfortheCWmoldand(b)thedistributionoftemperaturefieldforthepulsedmold圖4激光再制造多層成形層YZ平面溫度場(chǎng)Fig.4TemperaturefieldofYZprofileforthethin-wall’slaserremanufacture:(a)thedistributionoftemperaturefieldfortheCWmoldand(b)thedistributionoftemperaturefieldforthepulsedmold連續(xù)輸出模式下，多層成

第9期任維彬等：連續(xù)/脈沖激光再制造溫度場(chǎng)有限元分析與試驗(yàn)驗(yàn)證·2489·圖2薄壁結(jié)構(gòu)激光再制造成形瞬時(shí)溫度場(chǎng)Fig.2Temperaturefieldofthin-wallforlaserremanufacture:(a)thesideelevationofthewholetemperaturefieldand(b)thetopviewofthetemperaturefieldforthemolten-pool并向四周傳導(dǎo)，而前端未掃描過的區(qū)域，短時(shí)內(nèi)仍保持室溫所致。圖3所示分別為第5.4s時(shí)，連續(xù)與脈沖輸出模式熔池中心Z方向溫度場(chǎng)分布，對(duì)比圖3a，3b可知，連續(xù)輸出模式熔池溫度最高值達(dá)到1230℃，較脈沖輸出模式溫度最高值1120℃高出110℃，且等溫線較脈沖輸出模式下更為密集，即連續(xù)輸出模式成形層與基體溫度高于脈沖模式輸出下相同位置溫度。因此，在激光功率、掃描速度等主要工藝參數(shù)及成形尺寸一致的情況下，脈沖模式激光再制造工藝具有相對(duì)較小的的熱輸入和較低的熔池溫度以及相對(duì)較小的熱影響區(qū)分布范圍。2.2多層成形層溫度場(chǎng)對(duì)比圖4所示分別為連續(xù)與脈沖輸出模式成形第14.5s時(shí)，激光掃描至第4層中間位置時(shí)刻YZ剖面溫度場(chǎng)分布，對(duì)比分析圖4a、4b可知，連續(xù)輸出模式下熔池中心區(qū)域溫度最高值達(dá)到1400℃，較脈沖輸出模式下熔池溫度最高值高出約170℃。與單道成形層類似，圖3薄壁結(jié)構(gòu)激光再制造成形YZ平面溫度場(chǎng)Fig.3TemperaturefieldofYZprofileforthethin-wall’slaserremanufacture:(a)thedistributionoftemperaturefieldfortheCWmoldand(b)thedistributionoftemperaturefieldforthepulsedmold圖4激光再制造多層成形層YZ平面溫度場(chǎng)Fig.4TemperaturefieldofYZprofileforthethin-wall’slaserremanufacture:(a)thedistributionoftemperaturefieldfortheCWmoldand(b)thedistributionoftemperaturefieldforthepulsedmold連續(xù)輸出模式下，多層成

【參考文獻(xiàn)】：
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