激光熔覆热损伤评估及其检测研究.docx

中图分类号:TG665论文编号:102870513-S226学科分类号:082503硕士学位论文激光熔覆热损伤评估及其检测研究研究生姓名学科、专业研究方向指导教师曾 超航空宇航制造工程绿色再制造田 威  副教授南京航空航天大学研究生院 机电学院二О一三年三月Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsThe Graduate SchoolCollege of Mechanical and Electrical EngineeringA Study of Thermal Damage for LaserCladding Technology and Its DetectionA Thesis inAeronautical and Astronautical Science and TechnologybyZeng ChaoAdvised byAssociate Prof. Tian WeiSubmitted in Partial Fulfillmentof the Requirementsfor the Degree ofMaster of EngineeringMarch, 2013承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名:日期:摘 要激光熔覆是一个激光、熔覆材料以及基体材料相互作用,涉及相变理论、热力学理论以及热影响下材料本构演绎的一个复杂的热物理过程,因而影响熔覆后新产品使用性能的因素也是极其复杂的。本文对基于激光熔覆的热损伤评估进行了深入研究,对其检测方法做了初步探索。具体内容如下:首先,基于相变理论对熔覆后材料的微观组织构成及形貌做了深入分析,发现熔覆后材料组织局部差异明显。熔覆层主要是由细小的柱状晶及等轴晶共同组成,结构较为均匀;基体根据受热影响的程度不同则分为了重熔区、热影响区以及正常组织。其次,利用仿真软件 ANSYS 对不同工艺参数下熔覆的热场和应力场进行了深入分析。发现熔覆最高温度和冷却速度以及残余应力与工艺参数之间的规律性都很明显。熔覆后的残余应力多为拉应力,最大值与材料屈服强度相当,应力主要表现为纵向和横向,深度方向应力水平很低基本可以忽略。再次,根据现有针对热损伤的研究物理量,在热损伤试验论证的基础上,综合提出了一种定量的熔覆热损伤数学评价模型,对模型的个别参量进行了试验和仿真的应用分析。根据该模型,熔覆热损伤水平可用一个标量参量表示。最后,针对再制造产品的热损伤检测,使用金属磁记忆技术基于试验研究进行了初步探索,发现材料表面漏磁信号与疲劳累积损伤和热损伤具有相关性。本文的研究成果对于激光熔覆再制造产品热损伤的评估具有积极意义,量化模型的实现将对结构的剩余寿命的评估起到巨大的推动作用。关键词:热损伤,定量,激光熔覆,数值仿真,金属磁记忆,显微硬度,残余应力iAbstractLaser cladding is plicated thermal-physical process of the interaction of laser beam,cladding material and substrate material, involving phase transition theory, thermodynamics ics theory as well as constitutive relations deductive theory under thermal process, as a result, thefactor that affects the usage performance is plicated. This paper carried out prehensivestudy on thermal damage consequent to laser cladding, as well as its detection. Detailed works arelisted:First, a deep analysis on the microstructure and metallographic morphology of the material wascarried out based on the phase transition theor