肖文甲 许宇翔 宋立军 ,2)

* (湖南大学机械与运载工程学院智能激光制造湖南省重点实验室,长沙 410082)

† (佛山科学技术学院机电工程与自动化学院,广东佛山 528225)

引言

激光增材制造技术因制造柔性高、周期短、材料局限小等优点,极适合复杂整体构件的制造与高附值零件的快速修复,在航空航天、能源动力等领域具有广阔的应用前景[1-3].然而,金属粉末在高能激光束的辐照下快速熔化与冷却.熔池内部涉及许多瞬态及冶金过程,特别是糊状区的非平衡快速凝固过程对枝晶组织生长和晶粒演变起着关键作用,最终影响材料的显微组织和服役性能[4].因此,为了实现激光增材制造构件显微组织和力学性能的调控,必须深入认知熔池的凝固行为和凝固组织演变规律.

目前,学者们开展了许多实验,一方面研究工艺参数(激光功率、扫描速率、扫描策略、光束模式等) 对熔池形貌的影响[5-7],如熔池深宽比、稀释率、熔池模式等;另一方面研究工艺参数对显微组织及力学性能的影响[8-10],如晶粒尺寸、凝固模式、抗腐蚀等.然而,上述研究重点关注激光增材制造工艺与熔池形貌及力学性能映射关系,极少重视凝固过程.

近年来,随着监测技术的发展,报道了许多研究熔池凝固过程的方法.如利用红外测温[11]、高速摄像[12]和同步辐射X-射线成像技术[13-15]监测熔池表面的温度[11]及冷却速率、熔体流体流速[13]、固-液界面推进速度[15]等.尽管实验监测手段越来越先进,但目前仅能……