【摘要】：激光熔覆沉積金屬是增材制造技術(shù)的主要研究方向之一,在航空航天、軍事裝備等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。對(duì)于鈦合金等活潑金屬的激光熔覆沉積成形,應(yīng)該避免成形時(shí)高溫氧化,需要無(wú)(低)氧化的成形環(huán)境對(duì)熔池進(jìn)行保護(hù)。目前具備熔池保護(hù)能力的激光熔覆沉積成形設(shè)備普遍體積龐大、消耗惰性氣體量巨大、氣體置換時(shí)間長(zhǎng)且價(jià)格昂貴,不適合實(shí)驗(yàn)室工藝研究頻繁使用的要求,設(shè)計(jì)一套小型化的無(wú)(低)氧無(wú)水的激光熔覆沉積成形裝置,及其成形控制系統(tǒng)顯得尤為必要。通過(guò)比較抽真空和氣體置換兩種獲取低氧和低水成形環(huán)境對(duì)設(shè)備造成的影響,提出將激光熔覆頭整體放入成形環(huán)境的方案,確定成形室箱體為0.8 m×0.8m×1.3 m的方形結(jié)構(gòu)。然后利用有限元軟件分別對(duì)成形室箱體厚度進(jìn)行分析,確定3 mm厚的304不銹鋼板和6 mm厚的6061鋁板作為箱體材料,2 mm厚的空心方管作為支撐架和懸掛架,實(shí)現(xiàn)小型化和輕量化的成形室設(shè)計(jì)。利用分子篩脫水和銅觸媒脫氧原理設(shè)計(jì)了循環(huán)凈化器,通過(guò)循環(huán)凈化器降低成形室的水和氧含量,與大型設(shè)備相比能夠快速實(shí)現(xiàn)低氧低水的要求,為激光熔覆沉積活潑金屬快速提供惰性氣體保護(hù)環(huán)境。利用四軸運(yùn)動(dòng)控制器將運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部分和相關(guān)控制電路集成,完成了硬件設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)三維平臺(tái)運(yùn)動(dòng)和激光、送粉等的控制。利用MFC開發(fā)出配套的工藝控制軟件,該軟件實(shí)現(xiàn)了CLI文件格式讀取和運(yùn)動(dòng)控制代碼生成,并能進(jìn)行掃描路徑優(yōu)化和工藝參數(shù)調(diào)整。最后,利用該裝置進(jìn)行激光熔覆沉積鈦合金實(shí)驗(yàn),當(dāng)充氬速率為30 L/min,成形室中氧含量值從大氣降至0.00%VOL時(shí)需要35 min,惰性氣氛成形室內(nèi)成形件的氧含量為0.148%,比在大氣下下降了55%,小于原始粉末的氧含量。成形件抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別為1 178 MPa和1 105 MPa,延伸率為5.1%;成形件硬度從基板到熔覆層呈增大的趨勢(shì),熔覆層的硬度在390 HV左右,基板的硬度在370 HV左右,表明本研究開發(fā)的激光熔覆沉積裝置能夠制備高性能成形件。
【圖文】：

圖 1-1 激光熔覆沉積過(guò)程工方式，激光熔覆沉積成形技術(shù)具有通過(guò)激光熔覆沉積制造技術(shù)成形的零高，與鍛件相當(dāng)。成本較低。能夠快速地加工出零件的復(fù)雜的工序流程，只需在成形完成后進(jìn)制造大尺寸、高性能、批量少的航空術(shù)極大依賴于成形設(shè)備。設(shè)備的成形的精度會(huì)直接影響成形零件的精度，制成形的質(zhì)量。成形設(shè)備的研究現(xiàn)狀現(xiàn)的前提是以先進(jìn)設(shè)備作為支撐條件體保護(hù)裝置的是美國(guó) AeroMet 公司，A

圖 1-2 Huffman 惰性氣體保護(hù)設(shè)備 圖 1-3 DMD 惰性氣體保護(hù)設(shè)備國(guó)內(nèi)從 1998 年開始了激光熔覆沉積技術(shù)的研究和相關(guān)設(shè)備的研發(fā)[16]。典型表是北京航空航天大學(xué)王華明團(tuán)隊(duì)自主研制的成套鈦合金工藝裝備，此系統(tǒng)取動(dòng)態(tài)密封的方式，利用惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，為 C919 打印出了鈦合金隔板風(fēng)擋窗框等零件，其激光熔覆沉積成形室的尺寸達(dá) 4 m×3 m×2 m（圖 1-4）。北工業(yè)大學(xué)黃衛(wèi)東團(tuán)隊(duì)為了適應(yīng)激光沉積技術(shù)的工藝需求，研發(fā)了高達(dá) 6 m激光立體成形設(shè)備(圖 1-5)，零件加工時(shí)成形室氣氛中的水氧含量均保持在 5pm 以下；其自主開發(fā)的軟件通過(guò)改變掃描方式、激光功率、掃描速度等關(guān)鍵數(shù)，，實(shí)現(xiàn)加工工藝參數(shù)的規(guī)劃，并對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控與記錄，提高成形質(zhì)。江蘇永年激光的 LCD-500 設(shè)備、北京隆源的 AFS-D600 設(shè)備、南京煜宸激的 LDM8060 設(shè)備等都采用氣體循環(huán)凈化的方式，相對(duì)于成形室抽真空的方式水和氧含量低且對(duì)設(shè)備沒(méi)有過(guò)高要求。
【學(xué)位授予單位】：石家莊鐵道大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG665

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2679445