铝合金激光诱导电弧增材制造工艺及性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:alanzou
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铝合金有着低密度、高强度、高塑性、高导电性以及高导热性等诸多优良的性能,在航空、航天、交通运输、机械制造等领域有着广泛的应用。增材制造技术与传统的制造工艺相比,它是一种从下到上的制造工艺,能够有效地减少材料的浪费并且能够缩短生产周期,可以制造出一些传统加工方式无法制造的复杂形状零部件。电弧增材制造技术与激光或者电子束增材制造技术相比,它的制造成本较低并且生产效率相对较高,但是其产品的成形质量较差、性能不稳定。为解决电弧增材制造过程中存在的问题并且探究提高增材试件力学性能的方法,本文以低功率脉冲激光诱导MIG电弧为基础进行2319铝合金增材制造的相关研究,从外观成形质量、微观组织形貌以及力学性能测试等方面分析了激光功率以及后续热处理工艺对增材结构件产生的影响。主要研究内容和结论如下:本文首先研究了不同工艺参数对单道单层焊道在成形方面的影响,随着堆积电流的增加,单道单层焊道的熔深和熔宽逐渐增大;随着堆积速度的增加,单道单层焊道的熔深和熔宽逐渐减小。通过对单道单层焊道的外观成形质量以及余高系数的分析,探究出以单电弧为热源时最佳的工艺参数。在加入脉冲激光之后,通过改变激光功率的大小并且与不加脉冲激光的时候进行对比,增材薄壁墙体的外观成形质量得到了明显地改善,材料利用率也得到了明显地提升;随着激光功率的增加,顶层宽度以及墙壁的高度变化浮动逐渐变得稳定,顶层的平均宽度逐渐减小,墙体的高度逐渐增大;脉冲激光使得增材试件内部的晶粒尺寸得到细化,气孔率降低;水平方向的拉伸性能优于竖直方向,拉伸试样的断裂方式为韧性断裂;脉冲激光能够有效地提高增材墙体的抗拉强度、断后延伸率以及显微硬度。确定了本实验所用的热处理工艺并探究热处理工艺对增材试件组织和性能的影响。对比热处理前后的增材墙体外观发现外观尺寸几乎没有发生变化;热处理之后顶部区域的树枝晶结构明显减少,各位置的共晶组织变得更加细小,原本条状共晶组织大面积溶解,共晶组织的不均匀性在很大程度上得到了改善;热处理之后增材墙体的抗拉强度以及显微硬度均得到明显的提升。通过以上研究来更好地推动该技术在生产制造领域中的应用。
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