采用非接觸式紅外高溫測試儀對連續(xù)/脈沖激光成形兩種模式下激光再制造FeCrNiCu合金成形層溫度場進(jìn)行分析,獲取了熔池及熱影響區(qū)溫度場分布的一般規(guī)律,驗證了脈沖激光工藝在控制熱輸入和成形形變以及降低熔池及熱影響區(qū)溫度方面的工藝優(yōu)越性。結(jié)果表明:脈沖激光成形熱影響區(qū)峰值溫度為730.4⁸10.5℃,熔池峰值溫度為998.7¹383.4℃,明顯低于相同工藝下連續(xù)輸出模式;脈沖激光成形層具有更快的升溫及降溫速率,利于形成細(xì)晶組織和獲得良好的力學(xué)性能;實際成形實驗也進(jìn)一步驗證脈沖激光工藝具有更小的熱影響區(qū)范圍。 

【文章來源】：材料工程. 2017,45(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

圖１溫度測試點位置及成形順序示意圖Ｆｉｇ．１Ｄｉａｇｒａｍｏｆｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

第４５卷第５期連續(xù)／脈沖激光再制造ＦｅＣｒＮｉＣｕ合金成形層溫度場研究圖２連續(xù)激光熱影響區(qū)的熱循環(huán)曲線（ａ）及峰值溫度變化（ｂ）Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｒｍａｌｃｙｃｌｅｃｕｒｖｅｏｆｈｅａｔ－ａｆｆｅｃｔｅｄｚｏｎｅｕｎｄｅｒＣＷｌａｓｅｒ（ａ）ａｎｄｖａｒｉａｔｉｏｎｆｏｒｐｅａｋｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（ｂ）為均溫，熱傳導(dǎo)主要沿長度和寬度兩個方向進(jìn)行，實驗所采用的ＩＰＧ激光器光束在長寬平面內(nèi)能量符合高斯分布，如式（１）所示［１４］。ｑ（ｒ）＝２ＡｐπＲ２ｅｘｐ（－２ｒ２Ｒ２）（１）式中：ｑ（ｒ）為距離光斑中心距離為ｒ處能量密度；Ａ為材料對激光的吸收系數(shù)；ｐ為激光輸出功率；Ｒ為激光光斑半徑；ｒ為某點至光斑中心的距離。由式（１）可知，測溫點距光斑中心越近，該點溫度越高�？紤]測溫點位置與成形順序間關(guān)系可知，測溫點距光斑中心距離為“先減小后增加”，成形過程中測溫點對應(yīng)的熱循環(huán)曲線呈現(xiàn)“先上升后下降”的趨勢。其中，測溫點峰值溫度“先增大后減斜是因為：測溫點在光束能量輸入的同時，不斷與環(huán)境進(jìn)行熱交換并散失熱量，在第１～３層成形過程中，測溫點距光斑中心較近，激光熱輸入效率大于傳熱耗散效率，受熱累積效應(yīng)影響，測溫點峰值溫度不斷升高；成形第４～８層過程中，光斑中心與測溫點距離進(jìn)一步增加，使得測溫點熱輸入效率進(jìn)一步降低，以致小于與周圍環(huán)境傳導(dǎo)耗散效率，導(dǎo)致峰值溫度不斷減校分析可知，再制造多層成形過程中應(yīng)嚴(yán)格控制初始幾層的熱輸入量，在保證單道成形形狀的基礎(chǔ)上，應(yīng)采用相對較低的激光功率和較高的成形速率，避免過大的成形熱輸

心較近，激光熱輸入效率大于傳熱耗散效率，受熱累積效應(yīng)影響，測溫點峰值溫度不斷升高；成形第４～８層過程中，光斑中心與測溫點距離進(jìn)一步增加，使得測溫點熱輸入效率進(jìn)一步降低，以致小于與周圍環(huán)境傳導(dǎo)耗散效率，導(dǎo)致峰值溫度不斷減校分析可知，再制造多層成形過程中應(yīng)嚴(yán)格控制初始幾層的熱輸入量，在保證單道成形形狀的基礎(chǔ)上，應(yīng)采用相對較低的激光功率和較高的成形速率，避免過大的成形熱輸入造成基體力學(xué)性能的下降和熱影響區(qū)晶粒尺寸的增大［１４，１５］。２．２不同輸出模式成形溫度場對比圖３為連續(xù)和脈沖激光作用下熔池區(qū)測溫點Ａ的熱循環(huán)曲線，其中，連續(xù)輸出模式下的工藝樣本３的熔池區(qū)峰值溫度由１１４１．８℃升至１４００℃，并從成形的第４層開始，熔池溫度保持在１３９４．０～１４４９．９℃范圍內(nèi)；而脈沖輸出模式下的工藝樣本４熔池區(qū)峰值溫度由１１８２．７℃升至１３８３．４℃，后逐漸降低至９９８．７℃。對比兩種模式下熔池測溫點熱循環(huán)曲線可知，前４層成形過程中熱作用相近，但后續(xù)４層連續(xù)模式熱作用明顯高于脈沖模式，具有更大的熱累積效應(yīng)。脈沖輸出模式熱累積作用小于連續(xù)輸出模式，其主要原因在于：脈沖輸出模式熱累積過程為非連續(xù)性的，在１１０ｍｓ時間周期內(nèi)，光閘開啟和關(guān)閉的時間分別為１００ｍｓ和１０ｍｓ，由于脈沖模式每周期內(nèi)有１０ｍｓ時間段不產(chǎn)生熱輸入，因此相同時間內(nèi)熱輸入低于連續(xù)輸出模式。同時，在光閘關(guān)閉的１０ｍｓ時間段內(nèi)，脈沖輸出模式可獲得更多的冷卻時間，利于成形層散熱和形成更大的溫度梯度，利于成形層細(xì)晶組織形成和力學(xué)性能的提升［１６］。圖３兩種模式下熔池區(qū)

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：3571302