【摘要】：在激光增材制造過程中,光致等離子體的輻射強度、溫度及電子密度對入射激光能量的傳輸效率及增材的成形質量、組織性能都有很大影響,于此同時,增材過程中產生的成型缺陷,也與光致等離子體輻射強度的波動和變化相互對應,因此對光致等離子體進行分析具有重要意義。通過本文的研究,有助于理解激光增材制造過程光致等離子體形成機理及影響因素,為實現(xiàn)激光增材制造過程質量自動控制打下基礎。本文從激光增材制造過程的質量控制出發(fā),對出現(xiàn)在過程中的缺陷和成分變化進行判別。一方面,在316L不銹鋼的激光定向能量沉積過程中,利用光譜診斷技術及輔助視覺傳感技術,實現(xiàn)了對增材制造過程中缺陷的診斷。另一方面,在激光直接沉積制備功能梯度材料過程中,探究其增材制造工藝,同時通過光譜診斷技術實現(xiàn)了激光增材制造過程中成分變化的判別。首先,設計并進行316L不銹鋼缺陷增材實驗,采集、選取并分析光譜信息與增材缺陷間的對應關系,發(fā)現(xiàn)當增材過程由于參數(shù)波動或其他原因產生缺陷時,其對應的譜線相對輻射強度和等離子體溫度會發(fā)生相對明顯的變化或波動;另一方面,搭建輔助同軸視覺傳感系統(tǒng),基于熔池面積變化參量的分析,實現(xiàn)了對工藝參數(shù)發(fā)生較明顯變化時增材缺陷的判別;進一步地,針對兩種單一診斷方法中存在的不足,結合加權平均算法,實現(xiàn)了對單道多層增材制造實驗中缺陷更加準確、穩(wěn)定地診斷和監(jiān)控。然后,對316L、AlSi10Mg粉末以不同梯度成分,進行了單道單層和單道多道層成型實驗,理論分析了特征譜線強度、強度比對增材成分變化的預測原理,建立了光譜、梯度增材粉末成分及增材件實際成分含量之間的關系,驗證了基于光譜信息對激光增材制造過程中成分變化分析的可行性。并且發(fā)現(xiàn),增材成分由316L向AlSi10Mg過渡過程中,等離子體溫度曲線呈先增后減趨勢,峰值處于80%~90%316L之間;譜線強度比變化與增材制造過程中316L的質量分數(shù)變化間存在明顯的對應關系。最后,進行了不同梯度間隔的316L/Inconel718功能梯度材料單道多層激光定向能量沉積實驗,探究并優(yōu)化了其增材制造工藝。同時,通過對等離子體溫度、電子密度的計算,以及對不同F(xiàn)eI、NiI、NbI、CrI、TiI特征元素譜線的提取和相對強度比的計算,發(fā)現(xiàn)了光譜特征參量與Inconel 718質量分數(shù)間明顯的相對關系。進一步,通過結合加權平均算法和BP神經網絡算法,建立了多種譜線強度比融合信息與成分變化的量化關系,實現(xiàn)了對實際增材過程中成分變化更加準確的判別和預測。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG665;TG115.33
【圖文】：

圖 1-1 金屬零件激光直接沉積增材制造技術原理圖[14]及質量控制技術研究現(xiàn)狀業(yè)和科學技術的發(fā)展，缺陷診斷和質量控制正日益受到重視。并且，對具有即時、在線監(jiān)測，不損傷樣品，無的研究和創(chuàng)新也在不斷進行，在焊接、熔覆和增材制造。雖然大部分方法都已可以用于對成型材料的診斷及和生產效率的提升，對缺陷的在線即時診斷和質量控制在激光快速成型過程中，測量并采集了過程中的熔池參數(shù)對溫度的不同影響，建立了熔池溫度和數(shù)字圖像間據(jù)處理，將送粉速度以及送粉焦點作為控制量，實現(xiàn)了制。張保森等[23]基于超聲波衰減理論和當量法分析，對直徑不同的預置通孔缺陷進行檢測，實現(xiàn)了對熔覆層表明,缺陷位置不同時,缺陷尺寸與缺陷回波信號幅值

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文計算獲得了 Fe314 激光熔覆再制造涂層、45 鋼基體兩層介質中超聲波探頭輻射聲場布特征，如圖 1-2 所示。研究結果表明：材料的不同缺陷模型對入射聲場的影響程材料的慢度值有關，聲束的偏轉方向由慢度面的法矢量決定，聲束的聚焦、散焦行慢度面的曲率決定。

波信號的模型預測與實驗測量結果。(a)直徑 6 mm 橫量結果. (b)長度 10 mm 裂紋回波信號的模型預測與實驗過測量并提取加工區(qū)域的熔池溫度和幾何特征熔覆層高度間的相關性，間接實現(xiàn)了對過程中量了加工過程中的熔池溫度及其溫度場分布，光快速成形過程的質量控制。Rometsch PA 等[2選擇性激光熔融成型耐蝕鎳基合金過程的射線率受試件中缺陷的影響，因此可以借助此相關

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