發(fā)布時間：2022-01-15 12:28

　　激光金屬沉積是一種典型的金屬增材制造技術(shù),可以通過動態(tài)調(diào)控工藝參數(shù)實現(xiàn)大型、高性能復(fù)雜構(gòu)件制造,所以被廣泛地應(yīng)用在航空航天、快速原型制造、生物醫(yī)療等領(lǐng)域。激光金屬沉積工藝涉及的物理化學過程復(fù)雜,包括激光衰減、熱量傳遞、激光與粉末及熔融金屬的相互作用、熔池動力學以及熔池凝固行為等各方面,導致工藝條件控制困難,構(gòu)件性能可預(yù)測性差。熔池是工藝過程中最基本的制造單元。研究表明,熔池在工藝過程中的尺寸形態(tài)與工藝參數(shù)和構(gòu)件的組織性能有重要的聯(lián)系。目前已有的研究采用各種技術(shù)手段成功獲取豐富的熔池形態(tài)信息作為性能預(yù)測與閉環(huán)控制的依據(jù),但并未對信號進行充分的利用,構(gòu)件性能預(yù)測效果不夠理想。本文針對高溫合金IN625的激光金屬沉積過程,基于機器視覺技術(shù)提取熔池的尺寸與形態(tài)描述量,研究工藝中熔池形態(tài)描述量與工藝參數(shù)和構(gòu)件最終性能組織的關(guān)系,從而為工藝過程的條件控制與構(gòu)件性能預(yù)測工作提供參考。主要完成工作分為以下幾個方面:（1）使用Open CV對熔池圖像進行處理與特征提取。獲得了熔池的面積與周長,并進一步根據(jù)圖像概念計算了熔池區(qū)域致密度。將熔池面積與熔池區(qū)域致密度作為兩個主要研究的熔池特征量,進行了改變線能... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：102 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

激光金屬沉積技術(shù)原理圖[5]

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-4-建立一個有效的性能預(yù)測和最優(yōu)參數(shù)選擇參考。這樣不僅能夠加快使用激光金屬沉積時最優(yōu)參數(shù)的選擇速度，從而快速獲得更加理想的構(gòu)件組織與性能，也能夠為施加閉環(huán)控制提供有效的依據(jù)，從而增加構(gòu)件的幾何精度，減少材料的浪費，對實現(xiàn)激光金屬沉積工藝的進一步工業(yè)化推廣具有巨大意義。圖1-2熔池在線監(jiān)測方法a)同軸監(jiān)測；b)旁軸監(jiān)測熔池監(jiān)測不僅能夠幫助研究人員理解激光金屬沉積工藝過程中的反應(yīng)機理，還有望進一步解決最優(yōu)參數(shù)選擇周期長和構(gòu)件性能預(yù)測性差的問題。本課題將對激光金屬沉積工藝過程中的熔池進行同軸監(jiān)測，獲得一系列特征描述量，分析打印構(gòu)件的力學性能與微觀組織，研究工藝參數(shù)、熔池特征量與構(gòu)件性能的影響規(guī)律，從而能夠加快最優(yōu)參數(shù)的選擇，也能夠為施加閉環(huán)控制提供依據(jù)，有利于進一步推動激光金屬沉積技術(shù)的工業(yè)化推廣。1.2激光增材制造原位監(jiān)測研究的現(xiàn)狀與發(fā)展目前，對激光增材制造的原位監(jiān)測主要通過高速攝像機、高溫計、紅外熱像儀、激光位移傳感器、加速度計以及聲學探測器等傳感器獲取監(jiān)測信號，其中高速攝像機與紅外熱像儀獲取工藝過程中的圖像信號是最常用的監(jiān)測方法。在獲取監(jiān)測信號之后，對監(jiān)測信號的使用主要分三類：第一類是使用監(jiān)測信號分析工藝參數(shù)對工藝過程中一些過程現(xiàn)象的影響機理，從而達到優(yōu)化工藝參數(shù)的目的，如熔池形態(tài)溫度的變化規(guī)律，飛濺的產(chǎn)生規(guī)律等；第二類是將監(jiān)測信號作為反饋實現(xiàn)工藝過程的閉環(huán)控制，達到提高構(gòu)件力學性能和幾何精度的目的；第三類是近年來隨著人工智

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-5-能的發(fā)展而出現(xiàn)的，使用監(jiān)測信號與構(gòu)件性能的數(shù)據(jù)組構(gòu)成的訓練數(shù)據(jù)，預(yù)測構(gòu)件性能如表面粗糙度，從而達到快速確定工藝參數(shù)的目的。1.2.1金屬增材制造工藝參數(shù)對監(jiān)測信號的影響規(guī)律研究Liu和Farahmand[11]在使用高能二極管激光器的激光熔覆過程中，使用電荷耦合元件（ChargeCoupledDevice，CCD）研究了粉末的空中行為，使用紅外相機研究了熔融金屬液流與激光的相互作用，此外還將紅外相機結(jié)合高溫計提取熔池溫度信號，對此信號進行分析，研究了工藝參數(shù)對激光衰減、粉末顆粒加熱以及熔覆性能的影響，探究了工藝過程中物質(zhì)相互作用的機理。受限于信號處理的技術(shù)手段，有的圖像信號難以直接轉(zhuǎn)換成可以描述物質(zhì)相互作用的物理量，此研究使用了若干種監(jiān)測裝置，但對不同監(jiān)測裝置采集的信號利用不夠充分，比如獲取的激光與粉流相互作用的紅外圖像只進行了宏觀的定性趨勢分析，圖像如1-3所示。圖1-3金屬粉流與激光相互作用紅外圖像[11]a)側(cè)視圖；b)正視圖新加坡國立大學的YingjieZhang等人[12]在激光粉床增材制造中，提出了一種側(cè)視視覺的監(jiān)測方法。他們使用高速攝像機，在不同的掃描策略下研究了熔池強度，等離子體羽流面積、取向，飛濺數(shù)量、面積、方向和飛濺速度等特征，區(qū)分了四種熔池形態(tài)，研究了等離子羽流和飛濺的產(chǎn)生機理。其中在處理熔池圖像時，將圖中所有特征統(tǒng)一處理計算了特征尺寸，通過一定的判斷規(guī)則分別提取熔池和飛濺特征，具體的處理過程如圖1-4所示。結(jié)果表明等離子體羽流和飛濺的特征信息與能量輸入以及熔池狀態(tài)有關(guān)，是建立質(zhì)量評估的潛在指標。這個結(jié)果有助于進一步理解整個工藝過程。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3590617