不同原料对水下激光直接金属沉积修复HSLA钢微观组织和力学性能的影响

水下激光直接金属沉积(UDMD)技术在海洋受损结构的现场修复方面显示出巨大的潜力。本研究针对柔性原料替代的可能性,采用两种不同性能的粉末对提前准备好的HSLA钢板进行UDMD修复。系统研究了合金成分和UDMD工艺对修复性能的综合影响,包括微观组织、力学性能和腐蚀行为。

Inconel 625激光直接金属沉积成形参数无量纲化及其对单道几何形貌的影响

为了对激光直接金属沉积成形技术中不同参数进行规范,对Inconel 625球形合金粉末进行了激光直接金属沉积成形试验,对成形参数进行了无量纲化,得到了以接触角为几何形貌评价参数的加工图,并对工艺参数与单道沉积层几何形貌间的关系进行了分析讨论。结果表明,特征能量比为0.5~0.7时,粉末完全熔化且不造成能量剩余,沉积层呈现平滑的椭圆形;送粉速率是控制沉积层高度的首要因素,当送粉速率恒定时,激光功率对熔池深度影响较大。

基板预热对激光金属沉积成形过程热应力的影响

为降低沉积过程的热应力,抑制成形过程中裂缝的产生,研究基板预热对激光金属沉积成形(Laser metal deposition shaping,LMDS)过程热应力的影响具有非常重要的意义。根据有限元分析中的'单元生死'思想,利用APDL(ANSYS parametric design language)编程建立多道多层激光金属沉积成形过程的数值模拟模型,深入探讨基板未预热和预热到400℃时对成形过程热应力的影响。计算结果表明,基板预热到400℃可以显著降低成形过程中试样的热应力变化波动性,试样的Von Mises热应力最大值可降低10%左右,其中x方向热应力最大值可降低8.5%左右,z方向热应力最大值可降低8.1%左右。在与模拟过程相同的条件下,利用自行研制的激光金属沉积成形设备进行了成形试验,成形试验的结果与模拟结果基本吻合。

扫描方式对激光金属沉积成形过程热应力的影响

为改善金属试样的成形质量,降低沉积过程的热应力,研究不同扫描方式下激光金属沉积成形过程中热应力的动态分布规律具有非常重要的意义。根据有限元中的'单元生死'技术,通过ANSYS参数化设计语言(ANSYS parametric design language,APDL)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填充扫描方式对整个成形过程热应力的影响,详细探讨了各种扫描方式下Von Mises热应力、x方向热应力、y方向热应力以及z方向热应力的动态分布规律,并分析热应力产生和分布的原因。在与模拟过程相同的条件下,实际成形试验所得结果与模拟结果吻合较好。

激光金属沉积成形的扫描方式

扫描方式是激光金属沉积成形(Laser metal deposition shaping,LMDS)制造过程中的关键技术,在分析现有扫描方式及其对成形质量和成形效率影响的基础上,指出现有扫描方式的缺陷,并提出一种基于层面轮廓优化单调区分解的分区平行扫描方式。该方式基于极值顶点可见性原理,对分层后的断面轮廓进行去除内环、非单调多边形的单调剖分等处理,可最大限度地减少分区数量,获得若干个单调子区域。针对各单调子区域采用适应性变间距平行路径填充,可减小扫描线的长度,并保证均匀致密性填充。试验表明这种扫描方式能够提高成形效率和成形质量。

金属激光沉积成形分组平行扫描路径生成方法

结合金属零件激光沉积成形工艺和现有平行扫描路径生成方法,分析局部过熔覆和欠熔覆问题的根本成因,提出一种基于轮廓极值点识别判断的金属零件激光沉积成形优化分组平行扫描路径生成方法。基于分层轮廓的外偏置轮廓采用极值点处增线式扫描的方法生成扫描填充线,避免因扫描间距误差引起成形层面轮廓局部边界缺损,保证成形零件具有一定的加工余量。提出基于极值点与过渡扫描线位置关系判断优化分组连接填充矢量的方法来生成分组扫描路径,避免扫描填充线不当连接引起的过熔覆。试验表明:这种扫描路径可有效提高成形层面平整度和工件质量,保障成形加工的顺利进行。

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。

激光直接金属快速成形技术的研究进展

激光直接金属快速成形技术既是快速成形基本原理与激光加工技术精华的集成,又是快速成形领域研究与发展的必然趋势。系统地介绍国外5种和国内3种最具有代表性的激光直接金属快速成形技术的最新研究进展,分析这几种技术的主要优点和不足之处,指出其目前存在的问题和今后主要的研究方向。研究表明,金属零件激光直接快速成形工艺具有常规制造方法无法比拟的优势,在航空航天、能源动力、机电工程、仪器仪表、军事武器装备及医疗卫生等领域都具有广阔的应用前景。

基板预热温度对激光金属沉积成形零件微观组织的影响

基板预热可以显著降低激光金属沉积成形(laser metal deposition shaping,LMDS)过程的热应力,从而抑制成形过程裂缝的产生,但基板预热温度的高低对成形零件的微观组织有着重要的影响,因此研究不同基板预热温度下激光金属沉积成形零件的微观组织变化规律对基板预热温度的选择具有非常重要的意义.利用中国科学院沈阳自动化研究所自行研制的激光金属沉积成形系统和基板预热系统,采用Ni60A金属粉末在基板未预热和预热到200,300,400,500和600℃时分别进行成形试验.然后利用扫描电子显微镜和能量散射谱仪对成形试件的微观组织进行深入的研究,得到不同基板预热温度对激光金属沉积成形零件微观组织的影响规律,为基板预热温度的优化选择提供了重要参考.

金属直薄壁件激光直接沉积过程的有限元模拟 Ⅲ．沉积过程中变形的分析

利用模拟不锈钢直薄壁件沉积过程中热应力场的计算结果,分析了直薄壁件产生的“圣诞树”台阶和基板的变形特征．分析结果说明,“圣诞树”台阶产生的原因是激光束扫描路径的起点与终点处温度场特征的不同和熔池温度的差别．基板的翘曲变形仅产生在基板上有沉积材料的部位,基板的左、右端部产生刚性位移．基板端部位移的实验测量与有限元计算结果相符合,证明了分析温度场和热应力场的有限元模型的正确性．

不同基板预热温度对激光金属沉积成形过程温度场的影响

为降低成形过程的热应力,抑制成形过程裂缝的产生,减小成形过程试样和基板的翘曲变形,激光金属沉积成形往往需要进行基板预热,因此研究不同基板预热温度对激光金属沉积成形过程温度场的影响具有非常重要的意义.根据有限元分析中的"单元生死"技术,利用APDL编程建立了基板预热对激光金属沉积成形过程温度场影响的三维多道多层数值模拟模型,详细分析了基板未预热和分别预热到200,300,400,500,600℃时对沉积成形过程温度场和温度梯度的影响.通过中国科学院沈阳自动化研究所自行研制的激光金属沉积成形系统和基板预热系统,在与模拟过程相同的参数下,利用镍基合金粉末在基板未预热和分别预热到300,400,500,560℃时进行了成形试验,试验结果跟数值模拟结果吻合较好.

激光直接沉积成形增材制造技术在飞机起落架上的应用研究

激光直接沉积成形对于飞机起落架制造具有"变革性"意义,具有突破规格限制、减少原材料浪费、缩短加工制造周期等技术优点,在未来飞机起落架快速试制方面具有较为明显的技术优势及应用前景。目前已突破A-100钢激光直接沉积增材制造成形工艺、性能质量控制等关键技术,试制的起落架零件已在飞机上实现领先试用,力学性能基本达到材料锻件水平。但面向该技术的推广应用仍面临着成形工艺策略、热处理控制、无损检测、构件表面强化及综合验证等关键技术的进一步突破。

TC4激光沉积的成形效率与精度的工艺影响特性研究

采用单因素控制变量法,在不同激光功率、扫描速度、送粉速度、单层抬升量下进行TC4合金粉末的激光沉积试验,以成形区质量、成形区高度和翘曲变形量的比值分别作为成形效率、成形精度的评价依据,分析各因素对钛合金的沉积成形效率和精度的变化规律。结果表明,成形区质量越大,成形效率越高;成形区高度与翘曲变形的比值越大,成形精度越高。随激光功率的增大,成形区质量增大,精度下降;随抬升量的增加,成形区质量先增大后减小,成形精度先变差再变高;随扫描速度的增大,成形效率减小,精度变差;随送粉速度的增大,成形效率增大,精度变高。当激光功率为3000 W、单层抬升量为0.6 mm、扫描速度为6~10 mm/s,送粉速度为1.2~1.8 g/min时,成形效率和精度综合达到最优。

激光金属沉积成形过程热应力的数值模拟

根据有限元分析中的“单元生死”技术，利用APDL编程实现了对多道多层激光金属沉积成形过程热应力的三维数值模拟。模拟采用了Gauss热源模型，并引入了沿长边的平行往复扫描方式。计算结果表明，熔池区域以及试样与基板相邻区域是高热应力区，试样内部的热应力较小；试样沿厚度增加方向的热应力在沉积过程中幅值很大并且以拉伸应力为主，是导致试样产生裂缝的主要原因；沉积过程中沉积开始的位置对热应力的分布和强度影响很大，同一沉积层首道各节点热应力值几乎是末道各节点热应力值的一倍。在与模拟过程相同的条件下，实际成形试样裂缝的产生和发展规律与模拟结果相符。

热处理对激光直接沉积成形A-100钢基体组织及性能的影响

研究了激光直接沉积成形A-100钢沉积态及热处理态组织,通过调整热处理工艺获得激光直接沉积成形A-100钢回火马氏体+回火贝氏体混合基体组织。不同热处理工艺下性能对比结果表明,相比淬火马氏体组织,回火贝氏体+回火马氏体混合组织具有更高的强度,但塑性有所下降。

直接金属沉积成形工艺研究

针对直接金属沉积成形(DMD)的工艺特点,设计了一维、二维实验和三维成形实验,研究了成形质量与成形工艺参数的直接关系,并对其进行了优化。检验工艺优化的效果,并对成形零件的性能作了分析。实验证明该工艺可以直接生产高质量的金属零件。

不同基板预热温度对激光金属沉积成形过程热应力影响的研究

研究不同基板预热温度对激光金属沉积成形过程热应力的影响,对于降低成形过程的热应力,抑制成形过程裂缝的产生,减小成形过程试样和基板的翘曲变形具有非常重要的意义。根据有限元分析中的"单元生死"技术,编程建立了基板预热对激光金属沉积成形过程热应力影响的三维多道多层数值模拟模型,详细分析了基板未预热和分别预热到200℃、300℃、400℃、500℃、600℃时对沉积成形过程VonMise’s热应力、X方向、Y方向以及Z方向热应力的影响。在与模拟过程相同的参数下,利用镍基合金粉末分别在基板未预热和分别预热到300℃、400℃、500℃、600℃时进行了成形试验,试验的结果跟数值模拟结果吻合较好。

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。

激光金属沉积成形基板预热温度的控制

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。其中基板预热温度的控制由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来完成。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,实验结果表明该基板预热系统温度控制良好,可以满足实际应用的需要。