【摘要】：絲粉同步激光沉積是以激光為熱源,粉末和絲材同步填入熔池,逐層沉積實(shí)現(xiàn)增材制造。其本質(zhì)是三維激光熔覆,是一種新興的增材制造技術(shù),該方具有高效、致密度高、增強(qiáng)相調(diào)節(jié)靈活的優(yōu)點(diǎn),適合于金屬基復(fù)合材料構(gòu)件的增材制備。WCp/Al作為一種新型的金屬基復(fù)合材料,由于其優(yōu)異的力學(xué)和物理性能,具有廣泛的應(yīng)用前景。為了解決絲粉同步激光沉積增材制備WCp/Al復(fù)合材料構(gòu)件成形性差及增強(qiáng)體顆粒分布不均勻的問題,本論文通過有限元分析軟件ANSYS和FLUENT模擬絲粉同步激光沉積過程的溫度場、應(yīng)力場以及熔池流動行為,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)的激光沉積成形實(shí)驗(yàn)研究。利用ANSYS軟件建立了與真實(shí)沉積層形貌相近的三維有限元模型,對激光沉積立體成形過程的溫度場與應(yīng)力場進(jìn)行了數(shù)值模擬,并利用后處理模塊對結(jié)果進(jìn)行了提取與整合。以模擬結(jié)果為依據(jù),對窄墻體和塊體兩種結(jié)構(gòu)的激光成形過程的溫度場和應(yīng)力場分布情況及動態(tài)變化規(guī)律進(jìn)行了研究,通過分析激光功率、掃描速度、層間間隔時(shí)間、掃描路徑的影響,提出幾種成形的調(diào)控方法。采用隨沉積層數(shù)增加的降激光功率,可以抑制熔池溫度和熔池尺寸隨沉積過程過量增長的情況,有利于成形的穩(wěn)定性;采用往復(fù)掃描方式,相比順序掃描方式高殘余應(yīng)力區(qū)域減小,應(yīng)力分布更為均勻,殘余應(yīng)力沿掃描路徑呈現(xiàn)對稱分布,有利于成形構(gòu)件組織及力學(xué)性能的均勻性。建立了絲粉同步激光沉積熔池流動模型。通過計(jì)算闡述了熔池內(nèi)流體的流動機(jī)理,熔池熔合線處產(chǎn)生向內(nèi)旋轉(zhuǎn)的Marangoni渦流;熔池的橫截面上形成兩個(gè)對稱的漩渦;熔池徑向向外產(chǎn)生兩個(gè)大小不一的漩渦,其中心前部的渦流較強(qiáng);上表面的流體由熔池中心流向四周。分析了顆粒粒度及入射速度對增強(qiáng)體顆粒分布的影響,顆粒利用率與顆粒的粒度關(guān)系較小,當(dāng)WC顆粒直徑為60μm和80μm時(shí),顆粒在沉積層中的分布相對均勻,為確保增強(qiáng)顆粒在沉積過程中保持微熔或不熔,顆粒粒度不能過小;當(dāng)顆粒入射速度降低至1.5m/s以下時(shí),沉積層中的顆粒分布較為均勻,不易發(fā)生“沉底”現(xiàn)象,在沉積過程中可以通過調(diào)節(jié)送粉氣流量來改變顆粒的注射速度,在一定程度上調(diào)節(jié)其在沉積層中的分布�；诎雽�(dǎo)體激光快速成形系統(tǒng),進(jìn)行WCp/Al復(fù)合材料激光沉積成形實(shí)驗(yàn)。通過對比不同激光功率方案下的墻體結(jié)構(gòu)成形情況,發(fā)現(xiàn)采用降激光功率的沉積層尺寸較為穩(wěn)定,沒有出現(xiàn)下榻的情況,沉積質(zhì)量良好,驗(yàn)證了計(jì)算模型的合理性。進(jìn)行了不同搭接率的橫向搭接試驗(yàn),結(jié)合理論計(jì)算和實(shí)際成形得到了較為理想的搭接率27.39%,為多道多層沉積成形塊體結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。送粉氣大小影響WC的入射速度,WC分布受到WC入射速度的影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),隨著送粉氣的增加,WC下沉現(xiàn)象逐漸明顯。送粉氣較低時(shí)(5L/min和10L/min),WC入射速度較低,獲得了WC分布較為理想的沉積層,與模擬分析的結(jié)果較為一致。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG665
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文激光金屬沉積過程示意圖。由于激光熔覆的快速凝有均勻細(xì)密的枝晶組織和優(yōu)良質(zhì)量，其密度和性件相當(dāng)，可直接使用或僅需少量精加工即可使用。

圖 1-1 激光金屬粉末沉積過程示意圖[1]式、送絲式是激光沉積的兩種主要材料添加方式（如圖 1-2 所示）。積容易實(shí)現(xiàn)自動化控制，激光能量吸收率高，但粉的利用率低，易造送絲式激光沉積制備的表面層致密度好，絲材利用率高，成本低，制較高的厚度。

圖 1-3 絲粉同步激光沉積示意圖[2]積技術(shù)在制備梯度復(fù)合材料層方面也具年研究了采用不同添材方式的組合制備梯方式：第一組為 Ni 焊絲和 Cu 粉，第二合時(shí)，絲材熔化使得熔池具有較高的溫度

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李福泉;張陽;陳彥賓;高振增;;絲粉同步送進(jìn)激光沉積制備鋁基復(fù)合材料的顯微組織[J];中國有色金屬學(xué)報(bào);2015年09期

2 姜亞瓊;林鑫;馬良;譚華;楊海歐;黃衛(wèi)東;;沉積路徑對激光立體成形鈦合金T型緣條熱/應(yīng)力場的影響[J];中國激光;2014年07期

3 劉昊;虞鋼;何秀麗;李少霞;鄭彩云;寧偉健;葛志福;;送粉式激光熔覆中瞬態(tài)溫度場與幾何形貌的三維數(shù)值模擬[J];中國激光;2013年12期

4 許鵬云;劉衍聰;范常峰;任紅偉;;層間激光掃描對激光多層熔覆的溫度場應(yīng)力場影響機(jī)制分析[J];熱加工工藝;2013年20期

5 王福雨;劉偉軍;趙宇輝;孔源;來佑彬;;復(fù)雜薄壁零件激光快速成形過程的熱力耦合場數(shù)值模擬[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2013年05期

6 Doan Tatkhoa;李滌塵;盧秉恒;張安峰;賀斌;Do Xuantuoi;;掃描方式對激光金屬直接成形DZ125L高溫合金薄壁件開裂的影響[J];中國激光;2012年10期

7 石s

本文編號：2759064