激光预热/流体冷却辅助激光金属沉积AISi10Mg成形

铝合金导热率高、激光吸收率低、热累积效应显著,难以稳定形成激光金属沉积(LMD).为实现自动精确预热、消除热累积、分析预热影响并提升AlSi10Mg铝合金LMD成形能力,采用光内送粉Ar送气保护式激光金属沉积技术,设计激光预热与流体冷却温控系统并建立预热与冷却温控模型,进行AlSi10Mg铝合金LMD成形实验研究,...     

激光金属沉积成形基板预热的研究

为了降低激光金属沉积成形过程中试样和基板间的温度梯度,减小和抑制成形过程的热应力,提高试样的成形质量,提出并设计了一种用于激光金属沉积成形的基板预热系统。该系统由基板预热器、智能比例微分积分控制器以及计算机串口温度采集反馈控制等3部分组成。利用自行研制的激光金属沉积成形设备和基板预热系统进行了成形实验。实验结果表明,基板预热可以改善试样的成形质量,降低成形过程的热应力。     

分区预热对金属激光沉积成形温度场的影响

为减小工件变形和防止工件开裂,提出了采用分区预热装置对基板成形区和近成形区进行分区预热,利用温差拉伸效应主动控制降低应力的新思路。利用ANSYS有限元中的\"单元生死\"技术,建立单道多层激光沉积成形过程三维温度场的数值模拟模型,深入研究了在基板成形区和近成形区施加不同预热温度以及两区形成不同预热温差(预热温差分别为100℃、200℃、300℃)状态下对成形过程温度场和温度梯度的影响规律,并指出相对于基板整体预热方式,基板分区预热方式下的成形过程温度梯度更趋于稳定,有利于降低热应力;上述分析结果可为分区预热装置设计、预热温度的选择优化提供指导依据。     

激光熔化沉积AlSi10Mg温度场对显微组织性能的影响

铝合金激光吸收率低、导热率高,其激光熔化沉积（LMD）显微组织性能受温度场影响大。为分析环形束LMD铝合金熔池温度场及其影响,优化成形质量及成形件性能,采用送气保护式LMD技术,进行了AlSi10Mg铝合金成形实验,系统分析了熔池温度场的形态及其变化,以及温度场对成形质量、孔隙率、显微组织性能的影响机理。结果表明:环形束LMD铝合金熔池温度场总体形态呈开口向扫描方向的“半月牙”状,随着激光功率的增大,温度场形态愈发尖锐,其高温率、温度梯度和平均温度也相应增大。温度场平均温度的提升可增加激光吸收率,粗化显微组织,减小显微硬度,温度场显著影响成形件孔隙率从而改变拉伸性能。最终在平均温度为857.7 ℃时降低孔隙率至2.1%,得到抗拉强度为305.6 MPa,延伸率为5.7%,高出铸件52.5%,为LMD铝合金温度场及显微组织性能控制提供了理论指导。     

激光选区熔化AlSi10Mg铝合金激光熔化沉积连接区密集气孔缺陷特性以及缺陷消除方法

采用激光熔化沉积（LMD）工艺对激光选区熔化（SLM）成型的AlSi10Mg合金进行连接,对连接区进行X射线检测,检测结果显示连接区存在密集气孔。分析气孔形态、分布位置及其对试样力学性能的影响,并探寻消除该缺陷的方法。结果表明：密集气孔主要分布在基材与连接区交界的熔合线处,孔径为0～20μm,气孔在X射线底片上形成了水印现象;密集气孔在熔合线处的聚集导致该位置处的硬度远低于连接区和基材,从而影响了该处的力学性能;预热能够有效减轻该缺陷,使密集气孔均匀分散到整个连接区中,消除水印现象;预热试样的力学性能相比未预热试样显著提高,熔合线处的显微硬度为90.8 HV,抗拉强度为287 MPa（达到了基材的76.5%）,较未预热试样分别提高了45%和19%;预热前后拉伸试样均为脆性断裂,预热提高了试样的延展性,延伸率达到5.0%。     

激光粉末床熔融成形AlSi10Mg铝合金复杂流道构件研究

采用激光粉末床熔融技术制备不同截面与截面尺寸的长直流道试样以及复杂流道产品。研究结果表明,当流道截面尺寸小于2 mm时,激光粉末床熔融成形后流道的收缩而对残余粉末进行挤压,这将导致流道内残余粉末难以完全清除。此外,随着流道截面的增大,圆形流道上表面结合处呈现出表面质量变差的现象,而屋脊形截面流道由于倾斜角度保持不变而呈现较好的成形质量及尺寸精度。激光深穿透至非成形区粉末是造成流道上部区域粘附粉末颗粒的重要原因,而通过磨粒流、高压气流及水流等方式可以对其去除。结果表明,基于激光粉末床熔融技术设计与成形的复杂流道散热元件经X射线检测和计算机断层成像检测均无裂纹及残余粉末,并通过了2 MPa压力、保压5 min的耐压检测。最后,初步构建了复杂流道类构件的“设计—成形—检测”一体化流程。     

AlSi10Mg铝合金选区激光熔化成形缺陷控制和表面质量优化

铝合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性好等特点,很好地满足航天飞行器轻量化需求。激光选区熔化技术(SLM)成形的铝合金零件综合性能良好,在航天领域应用广泛,但存在成形过程中缺陷不好控制、成形件表面质量较差、后处理工序烦琐等问题。为此,选取AlSi10Mg铝合金,针对SLM成形AlSi10Mg铝合金缺陷消除进行实体工艺优化研究,获得缺陷最少的优化工艺参数,并进一步研究表面粗糙度优化方法。结果表明,通过优化工艺参数(主要包括扫描功率、扫描速度、扫描间距),可以获得较低的孔隙率(9.2%)和较优的内部成形质量;成形件表面质量主要影响因素有表皮扫描功率、扫描速度、扫描间距等,适当提高扫描功率可以获得较好的表面质量。     

激光金属沉积成形过程中温度场的数值模拟

为了降低成形过程的热应力,根据有限元方法中的“单元生死”技术,利用APDL语言编程实现了对多道多层激光金属沉积成形过程三维温度场的数值模拟,再现了成形过程中温度场的动态变化,得到了成形过程中模型温度场及温度梯度的分布规律。结果表明,试样同一纵断面上各节点虽然被激活的时间不一样,但它们具有相似的温度变化规律;试样内的温度梯度主要沿z轴方向分布,基板内的温度梯度主要沿平行基板方向分布,具有明显的分层现象,熔池区的温度梯度非常大。在相同的工艺参数下,实际成形试样的扫描电镜照片与模拟结果吻合很好。     

扫描方式对激光金属沉积成形过程温度的影响

根据有限元中的\"单元生死\"技术,通过APDL(ANSYS Parametric Design Language)编程研究了沿长边平行往复、沿短边平行往复以及层间正交变向平行往复等扫描方式对整个成形过程温度的影响,详细探讨了各种扫描方式下温度的动态分布规律.在相同条件下,利用自行搭建的CCD比色熔池测量系统对成形过程的熔池温度进行采集.结果表明:通过CCD比色测温系统得到不同扫描方式下成形过程熔池区域的最高温度与数值模拟得到的基本相符,熔池区域的温度高低也与数值模拟得到的结果吻合.     

激光在无电金属沉积中的应用

从激光诱导沉积机理、激光对基底表面性质及金属沉积物性能的影响介绍近年来激光在无电金属沉积中的应用,同时简要说明这一沉技术的实验装置与特点。