超声波对BT20钛合金激光沉积修复作用机制探究.pdf

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1、第43卷第8期红外与激光工程2014年8月Vo1．43NO．8InfraredandLaserEngineeringAug．2014超声波对BT20钛合金激光沉积修复作用机制探究王维，郭鹏飞，杨光，钦兰云，卞宏友，王伟，任宇航(沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室，辽宁沈阳110136)摘要：通过ANSYS有限元数值模拟和试验相结合，研究了超声波对BT20钛合金激光沉积修复过程的作用。结果表明，超声波振幅为0．2—0．55I,zm时，能得到成形质量较好的修复层；当超声波振幅为0．4Ixm时，超声波对熔池的作用主要表现为超声的

2、机械作用和热作用，而不是超声空化效应；超声的机械作用使得组织的气孔率降低，但是其机械作用不足以克服修复层晶粒外延生长的驱动力，没能阻止柱状晶沿沉积方向的生长；超声的机械作用将晶粒片层组织中的板条打断，而热作用使得熔池凝固速度降低，从而使O／板条变短变粗。关键词：激光沉积修复；超声波；数值模拟；BT20钛合金；声压中图分类号：TG665文献标志码：A文章编号：1007—2276(2014)08—2453—07EfectofultrasoniconlaserdepositionrepairingofBT20titaniumalloyWangWe

3、i，GuoPengfei，YangGuang，QinLanyun，BianHongyou，WangWei，RenYuhang(KeyLaboratoryofFundamentalScienceforNationalDefenceofAeronauticalDigitalManufacturingProcessShenyangAerospaceUniversity，Shenyang110136，China)Abstract：Theeffectofultrasoniconlaserdepositionprocessinrepairedcompo

4、nentsofBT20titaniumalloywasinvestigatedbyusingfiniteelementsimulationandexperimentaltest．Theresultsshowthatwhenultrasonicamplitudewas0．2-0．55m，theformingqualityofrepairedlayerswasbetter；Whenultrasonicamplitudewas0．4Ixm，theeffectofultrasoniconmoltenpoolwasmainlyaboutmechani

5、caleffectandthermaleffect．notultrasoniccavitationeffect．Themechanicaleffectdeclinestheporosityrateoforganization，butthemechanicalforcewaslessthantheepitaxialgrowthdrivingforceofcrystallinegraininrepairedlayersSOthatthegrowthofJB-columnargrainalongthedirectionofdepositionco

6、uldnotbeblocked；Themechanicaleffectbreaksthe一lathoflamellarmicrostructureandthetherma1effectmakesthesolidificationspeedslow，asaresult，the一1atl1wasbecomingshortandthick．Keywords：laserdepositionrepairing；ultrasonic；numericalsimulation；BT20titaniumalloy；ultrasonicpressure收稿日期

7、：2013—12—05：修订日期：2014—01—10基金项目：国家自然科学基金(51375316)；辽宁省高校创新团队(LT2011004)；辽宁省自然科学基金(201202173)作者简介：王维(1957一)，男，教授，博士生导师，博士，主要从事激光快速成形，激光再制造技术等方面的研究。Email：Wangwlll6@sau．edu．ca2454红外与激光工程第43卷超声振动已成为各科研院所的研究热点。目前，较为0引言成熟的工艺方法是将超声波直接耦合在修复件母材底面，实现了超声场下的激光沉积修复。BT20(Ti一6．5A1—2Zr一1M

8、o一1V)钛合金是俄罗斯文中以修复件修复过程中导人超声波的熔池为研航空材料研究院于1964年研制成功的高A1当量的究对象，通过ANSYS有限元数值模拟与试验相结合，近Ot型钛合金