电子束熔丝增材随行退火系统及均匀面热源扫描

在电子束熔丝沉积增材制造过程中,采用电子束对零件成形区域进行扫描并控制热输入,可以改善零件的温度分布,实现随行退火,达到减小应力和控制变形的目的。采用工控机、波形发生卡、扫描线圈及其驱动电路,以及动态聚焦线圈及其驱动电路搭建了电子束高速扫描系统,实现了电子束高速扫描及动态聚焦等功能。基于LabVIEW开发了随行退火扫描控制系统,提出了基于像素点阵定位和动态聚集的控制方法,实现了电子束扫描的精确定位和热输入控制;研究了不同扫描路径对面热源温度均匀性的影响,并采用多点同步测温电路对扫描区域的温度进行了测量。试验结果表明,该电子束随行退火系统可以实现扫描位置和热输入的精确控制,通过扫描路径优化显著提高了面热源温度分布的均匀性。     

TC17钛合金激光熔覆熔池实时监测算法研究

航空发动机钛合金压气机叶片工作时,由于长时间高强度服役和异物损伤,叶片会发生变形、凹痕、磨损、裂纹甚至断裂。激光熔覆技术因其热影响区小、沉积性能好、成形精度和自动化程度高,已经成为叶片修复的重要方法之一。熔池几何特征是影响熔覆质量的关键因素,因此本文针对熔池实时监测,提出了一种基于图像处理的识别测量算法。首先,通过图像掩膜提取ROI区域,再对ROI区域进行伽马变换、阈值二值化实现熔池区域的分割;然后计算轮廓面积特征进行去噪;最后采用AABB包围盒对熔池的几何特征进行提取,实现了熔覆过程中熔池长宽的实时监测。最终通过多参数正交试验,验证算法平均识别误差为0.24 mm。     

电子束面加热控制系统

设计了一种可编程电子束扫描控制系统,能够使电子束偏摆产生各种图形.该系统的控制软件能够计算、控制电子束偏摆获得所要的波形.使用本系统,温度梯度可以很精确地调整,且误差比较小.该系统适用于电子束硬化、重熔、钎焊和表面改性处理.     

激光熔覆裂纹的形成机理及控制方法

激光熔覆技术是利用激光辐射使熔覆材料和基体表面同时熔化并快速凝固、从而显著改善基体材料物理性能的一种新工艺方法。但激光熔覆工艺的选择不当则会使熔覆层产生裂纹、气孔、未熔合等,从而影响熔覆制件的综合性能。本文研究了激光熔覆裂纹的种类以及熔覆层的应力类型,分析了裂纹产生的机理,指出材料间热膨胀系数、弹性模量的明显差别及激光熔池区域的温度梯度所决定的热应力是熔覆层裂纹形成的根源。并从熔覆材料和基体材料的合理选择、成形工艺参数的合理设计及热处理等方面,阐述了熔覆裂纹的影响因素和控制方法。     

随行辅助预热电子束薄板焊接的数值模拟

电子束焊接薄板过程中,由于局部加热过快,易产生焊接变形。因此,在电子束焊接的主热源两侧引入基于高频扫描技术的电子束辅助热源,进行焊前预热,以达到减小焊接变形的目的。建立了矩形均匀加热辅助热源模型,采用热弹塑性有限元分析方法对1.5mm厚不锈钢薄板随行辅助预热电子束焊接进行数值模拟,并且进行了试验验证。结果表明,焊后残余应力和变形的模拟结果与试验所得结论一致。电子束焊接随行辅助预热方法不仅可以改变熔池前方材料的应力状态,而且当熔池形成瞬间熔池时,还可以减小前方材料的压应力峰值,有利于减小薄板结构的焊接变形。     

300M钢激光熔覆耐磨防腐自润滑涂层温度场数值模拟研究

为了提高飞机起落架减震支柱300M超高强钢的抗磨性能,突破由于温度梯度过大诱发的激光熔覆耐磨防腐自润滑涂层裂纹等技术瓶颈,基于ANSYS软件的生死单元法编制热循环程序,考虑自润滑相和耐磨相材料热物性参数随温度的变化、相变潜热、激光熔覆过程中与外界的换热、激光熔覆功率、激光熔覆扫描速率等因素对激光熔覆过程温度场、熔池、温度梯度的影响,建立300M超高强钢激光熔覆耐磨防腐自润滑涂层温度仿真模型。结果表明:基体的熔化需要激光、熔化的粉末等综合作用使传导到该区域的有效能量达到熔化的临界值,熔化高度增加率随激光功率的增加先降低后增加,熔化高度减少率随激光扫描速率的增加先变小后变大;由于激光熔覆的不同区域温度、冷却速率差异等综合因素影响,熔覆层熔池的纵截面为勺状熔池;伴随激光功率的增加,由于熔覆层不同区域对能量输入产生的温度响应速率差异导致Z方向温度梯度值增加,且最大冷却速率增加;伴随激光扫描速率的增加,激光输入能量降低,降低了高温区域温度及激光的快速局部加热等综合影响,Z方向温度梯度值降低。通过调控激光参数,在保持熔覆层结合强度的条件下,基体熔凝区能被控制到最小,并能够降低温度梯度。     

工艺参数对等离子熔覆Ni-Cr合金涂层组织及成形质量的影响

在40Cr合金钢表面等离子熔覆Ni-Cr合金涂层,研究熔覆功率和扫描速度对熔覆层组织及成形质量的影响规律.研究结果表明:熔覆层的组织从表层到与基体的结合面处依次为细晶、粗枝晶和柱状枝晶,熔覆层与基体呈现良好的冶金结合状态.当扫描速度一定时,随着熔覆功率的增大,熔覆层组织得到细化.较低功率、较大扫描速度时,熔覆层与基体的结合处存在熔合不良现象;较高功率、较小扫描速度时,熔覆层产生裂纹.能谱分析表明Ni、Cr含量在熔覆层与基体的结合面处发生显著变化,在2.0kW熔覆功率和12.0mm/s扫描速度的试验条件下得到了稀释率较低的熔覆层.     

Inconel617合金表面电子束熔覆WC-CoCr显微组织和耐磨性研究

Inconel617合金材料在实际应用中以耐腐蚀性、高温抗氧化性能和耐磨性为主。但是,其本身耐磨性比较低。为了提高Inconel617合金表面耐磨性,采用高速火焰喷涂与电子束表面改性技术在Inconel617合金表面制备了WC–Co Cr陶瓷涂层。分析了合金层的微观组织结构和元素分布情况,测试了合金层的硬度与耐磨性。结果表明,在电子束熔覆处理过程中,涂层重熔与基体形成冶金结合,使其耐磨性能大大提高。熔覆层硬度相比Inconel617合金硬度高出620HV0.3。     

TiB2／Cu激光熔覆工艺研究

激光熔覆技术中,激光的工艺参数是获得高质量熔覆层的关键因素.文章采用激光熔覆原位合成技术,通过化学分析确定预覆合金粉末的成分和配比,从分析激光与材料的相互作用入手,通过计算和试验确定了激光工艺参数,在纯铜表面原位合成Cu-TiB2复合材料.试验表明,球形TiB2 颗粒细小均匀,熔覆层与基体呈良好的冶金结合.     

激光熔覆修复15-5PH不锈钢的拉伸性能及组织研究

研究了激光熔覆修复15-5PH沉淀硬化不锈钢激光熔覆修复比例(25%、50%、75%、100%)对其力学性能的影响,以及熔覆修复后试样的断口形貌、金相组织、内部缺陷和显微硬度。研究结果表明,15-5PH不同比例熔覆修复试样的抗拉强度均高于基材,但塑性随着修复比例的增大而降低,在所研究的4种熔覆修复比例的试样中,25%熔覆比例时抗拉强度最高,力学性能最好。熔覆修复冶金组织致密,分为修复区、热影响区和基材区,其中热影响区的组织呈现明显的方向性,晶粒均匀性好,无粗大晶粒,表面和内部无裂纹缺陷,显微硬度从修复区向基材区整体呈上升趋势,在热影响区内出现硬度峰值。熔覆界面的结合力较基体内部的结合力弱,修复试样的断口均呈V字形。     

基于Helmholtz的低感抗电子束偏转扫描线圈仿真

为了提高电子束偏转扫描频率和磁场均匀性,采用Helmholtz空心线圈结构设计了一种低感抗电子枪偏转扫描线圈。采用ANSYS有限元分析软件对偏转扫描线圈的电磁场分布进行仿真,并采用高斯计对线圈内部的电磁场进行了测量,仿真结果与实际测量值基本吻合,线圈内部的磁感应强度大小和电磁场分布的均匀性可以满足电子束高频偏转扫描的要求。实际扫描试验表明,该线圈实现了两点电子束高频偏转扫描,扫描频率可达30 k Hz。     

SiO2 改性ZrO2 气凝胶高温稳定性

以ZrOCl2·8H2O 为锆源,以环氧丙烷( PO) 为凝胶促进剂制备ZrO2 凝胶,将ZrO2 凝胶置于正硅
酸乙酯乙醇溶液中老化,再结合高温超临界干燥工艺制备了SiO2 改性ZrO2 气凝胶。通过对比ZrO2 气凝胶和
SiO2 改性ZrO2 气凝胶高温结构转变讨论了SiO2 改性对ZrO2 气凝胶高温结构的影响。采用FT-IR、XRD、SEM
和TEM 等分析手段对样品进行高温结构表征。结果表明:采用正硅酸乙酯乙醇溶液老化ZrO2 凝胶后,在ZrO2
凝胶粒子表面形成了一层SiO2 包裹层,这层SiO2 包裹层显著抑制了ZrO2 的扩散、成核和生长过程,高温稳定
性得以显著提高。     

2219 铝合金单、双道焊接头性能分析

通过对比2219 铝合金单道氩弧焊和氦弧打底+氩弧盖面双道焊接头的常温及液氮温度拉伸性
能、显微硬度分布、单向拉伸过程的数字散斑测量(DIC)结果,发现在常、低温条件下双道焊接头的拉伸强度和
延伸率均比单道焊接头高10% ~20%,单道焊接头焊缝及热影响区内材料的显微硬度值相比母材的降低程度
比双道焊接头更为显著,其主要原因是单道焊接头的一次性热输入大于双道焊,材料受热影响更严重,焊漏高
度及形状的可控性更差。     

铝合金矩形机箱工装设计及拼焊工艺

大厚度铝合金矩形机箱在拼焊生产过程中,存在组装难度大,焊缝质量不易保证,焊后变形大等问题.针对铝合金矩形机箱焊后马鞍型和螺旋型变形特点,选用表面定位方式,设计了多种类型的夹板,完成了箱体焊接工装的设计.在此基础上,采用真空电子束焊,通过严格的工艺措施完成了机箱的拼焊,获得了深宽比符合要求的焊缝,保证了机箱结构的完整性.经检测,矩形机箱满足设计要求.实践证明,此工装和工艺方案可行,对类似构件的制造有指导意义.     

预氧丝网胎体积分数对针刺C/ C 复合材料力学性能的影响

以预氧丝网胎体积分数为35%、40%和45%针刺织物为坯体,经数次沥青浸渍/炭化、高温石墨化处理后制备C/C复合材料,测定并分析这三种材料的拉伸、压缩、弯曲和剪切强度;采用扫描电子显微镜对其断口形貌进行观察,研究预氧丝网胎体积分数对C/C复合材料力学性能的影响。结果表明:材料的z向力学性能(除了压缩强度)随着预氧丝网胎体积分数的增加呈单调递增关系,材料的xy向力学性能受预氧丝网胎体积分数影响较小。扫描电镜观察显示:材料z向强度主要与针刺形成的轴向纤维束多少、分布等有关。     

聚邻乙氧基苯胺/ Fe3 O4 复合薄膜的制备及吸波性能

采用静电自组装技术,以化学氧化法合成的聚邻乙氧基苯胺和水热法制备的Fe3O4磁流体为原料,制备了聚邻乙氧基苯胺/Fe3O4复合薄膜,并采用SEM、FT-IR和矢量网络分析仪等手段表征了复合薄膜的形貌及电磁参数随频率的变化关系,对其微波吸收性能进行了初步研究.结果表明:制得的复合薄膜呈片状结构,吸波性能主要靠磁损耗,且在较低频率范围(8～10 GHz)内,薄膜厚度d为3.5mm时吸波效果较佳,反射率最低可达-11.5 dB;在较高频率范围(10～12.5 GHz)内,d为2.5 mm时吸波效果较佳,反射率最低为-10.4dB.     

C300 穿孔型等离子弧焊接焊缝结晶裂纹的研究

采用光学显微镜、扫描电子显微镜以及Thermal-calc 计算等方法分析了马氏体时效钢(C300) 穿
孔型等离子弧焊接(Keyhole-Plasma Arc Welding, K-PAW)过程中结晶裂纹的成因及形貌。研究认为,C300 虽
然具有良好的焊接性,但也会产生结晶裂纹。本试验条件下,影响高纯净C300 产生结晶裂纹的主要因素是应
变—温度增长速率,提高预热温度和增加线能量有利于降低结晶裂纹倾向。焊接热源对母材的预热作用有利
于已形成结晶裂纹的逐步止裂。具有凸形表面的焊缝以及细小等轴晶的焊缝的结晶裂纹倾向较小。     

电子束熔丝增材制造过程随动测温阵列系统

实时监测电子束熔丝增材制造过程的温度场分布对于抑制变形、提高电子束熔丝增材制造质量具有重要意义。研制了一套电子束熔丝增材制造过程的随行动态测温阵列系统,对整个装置进行了系统设计、硬件集成、软件编写和试验验证。结果表明,该随动测温阵列系统在电子束熔丝增材制造过程的高真空、高温、高辐射、高金属蒸气等恶劣环境中能稳定工作,不仅能在正常状态下进行测温,而且在增材基板受热变形时也能连续测温,能够实现随行动态测温以及温度场实时显示、存储和重构分析等功能,显示形象直观,系统稳定性较强,操作简单。     

粉末耐热钛合金组织性能及成形技术

采用热等静压技术及旋转电极粉,采用预合金粉粉末冶金工艺开展了粉末耐热钛合金TC11(Ti-6.5AJ-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)制备技术研究,研制出了全致密粉末TC11合金,通过热处理工艺研究优化粉末TC11材料的组织和性能.利用光学显微镜,对其组织进行了分析,用SEM观察了旋转电极粉末形貌,对室温及高温(550℃)拉伸性能及弹性模量等进行了测试分析.粉末TC11合金的组织和性能与同批次TC11锻棒材料进行了对比研究.利用特殊模具成形,开展了粉末TC11构件近净成形技术的研究,实现了整体大尺寸、带网格加强筋的薄壁粉末TC11合金航天飞行器舱体件近净成形,且未检测出内部缺陷.研究结果表明,粉末TC11合金具有与锻造材料相当的拉伸性能,而弹性模量更优,其金相组织均匀细致,形成了网篮组织,并有围绕其分布的等轴α.粉末TC11合金及合适的近净成形技术可在高性价比、高可靠性的轻质耐热航天飞行器构件制备中得到应用.