闭式叶轮激光光内送粉成形工艺研究

发布时间：2024-01-31 03:20

　　密排闭式叶轮具有封闭空腔、内流道等特征结构,在工程领域有广泛的应用。激光熔覆成形是一种快速成形技术,具有能直接成形复杂金属薄壁零件、制造流程短、材料利用率高等优点。密排分布的叶片结构流道间间隙狭窄,故存在位置干涉问题。目前针对开式叶轮激光成形工艺研究较多,但对于闭式叶轮这种封闭结构尚未有较好的激光熔覆成形方案。本文针对密排闭式叶轮中的封闭空腔、薄壁桥接,叶片间距小等结构特点,利用中空激光光内送粉技术进行熔覆成形研究。本文构建一套激光熔覆成形系统,进行单道实验研究熔覆基础工艺。结果表明熔覆层质量与离焦量、激光功率、扫描速度、激光偏转角等因素相关。激光偏转角的存在会使得熔道最高点偏离中心,在0°-30°范围内,熔覆层最高点偏移量随偏转角的增大而增大。工艺参数对熔覆层高度影响主次关系为:送粉速度、扫描速度、激光功率;对宽度的影响主次关系为:离焦量、激光功率、扫描速度。针对斜向熔覆工艺,提出了斜向分层方法,建立斜向分层熔覆高度与实际提升量关系模型。实验验证了斜向错位成形直墙的可行性,激光轴线偏转在30°以内,均能够成形垂直度较好的直墙,无明显向外侧生长的迹象。对熔覆过程中桥接成形模型进行ANS...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外发展现状
        1.2.1 叶轮制造方法现状
        1.2.2 激光成形复杂金属构件现状
        1.2.3 存在问题
    1.3 本文研究内容
第二章 激光熔覆成形系统构建
    2.1 激光熔覆成形系统组成
        2.1.1 光内送粉喷头
        2.1.2 层高检测系统
        2.1.3 IPG YSL-2000-TR光纤激光器
        2.1.4 GTV PF 2/2M型送粉器
        2.1.5 KUKA机器人系统
        2.1.6 制氮系统
        2.1.7 回转工作台
    2.2 实验材料及热处理系统
        2.2.1 实验材料
        2.2.2 热处理设备
    2.3 试样制备及检测设备
        2.3.1 制样设备
        2.3.2 金相组织观测设备
        2.3.3 力学性能检测设备
    2.4 本章小结
第三章 光内送粉斜向熔覆工艺研究
    3.1 斜向熔覆成形工艺研究
        3.1.1 斜向熔覆环形激光能量分布
        3.1.2 光粉耦合特性
    3.2 工艺参数对斜向熔道的影响
        3.2.1 离焦量对熔覆层形貌影响
        3.2.2 激光偏转角度对熔覆层形貌的影响
        3.2.3 速度对熔覆层形貌影响
        3.2.4 激光功率对熔覆层形貌影响
    3.3 本章小结
第四章 闭式叶轮关键技术研究
    4.1 斜向错位分层堆积技术
        4.1.1 斜向错位分层方法及偏移模型
        4.1.2 斜向熔覆层高提升误差分析
        4.1.3 斜向错位分层模型验证
    4.2 中空激光温度场应力场仿真
        4.2.1 光源加载方式和边界条件设定
        4.2.2 热源加载位置设定
        4.2.3 不同功率温度场仿真
        4.2.4 不同功率下残余应力仿真
    4.3 薄壁墙端点缺陷消除方法
    4.4 本章小结
第五章 整体闭式叶轮激光熔覆成形
    5.1 斜向桥接封盖与验证实验
        5.1.1 工艺模型验证试验过程
        5.1.2 桥接封盖结构性能检测
    5.2 闭式叶轮激光熔覆成形方案
    5.3 叶片结构熔覆成形
        5.3.1 叶片熔覆轨迹规划
        5.3.2 分段跳转熔覆生长工艺
        5.3.3 首末端缺陷补偿验证
        5.3.4 实验与检测分析
    5.4 闭式叶轮轮盖桥接成形
        5.4.1 斜向桥接搭接量计算
        5.4.2 实验过程
        5.4.3 成形件检测
        5.4.4 增减材复合加工
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读学位期间公开发表的论文及科研成果
致谢



本文编号：3890868