激光再制造機(jī)器人同軸送粉中光粉耦合機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、激光再制造機(jī)器人作為激光再制造的重要技術(shù)載體，綜合了激光再制造技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，受到越來越廣泛的關(guān)注，成為先進(jìn)制造技術(shù)研究領(lǐng)域一個(gè)重要研究方向。激光再制造機(jī)器人的加工過程是復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程，理論分析和實(shí)驗(yàn)研究難度較大，它涉及遠(yuǎn)程氣/粉輸送機(jī)理、高功率激光與粉末流耦合機(jī)理、激光熔覆層形成機(jī)理等基礎(chǔ)問題。
　　激光再制造機(jī)器人同軸送粉中高功率激光與材料相互作用物理過程十分復(fù)雜，主要表現(xiàn)為激光在合金粉末流中吸收和透射機(jī)理、激光束與粉

2、末流空間耦合等基礎(chǔ)問題，從理論和試驗(yàn)上開展同軸送粉中光粉耦合研究對(duì)激光再制造機(jī)器人的發(fā)展和應(yīng)用具有重要指導(dǎo)作用。
　　本文針對(duì)同軸送粉中光粉耦合機(jī)理，對(duì)激光與粉末相互作用過程進(jìn)行了理論研究，開展了大量的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)和分析，主要做了以下創(chuàng)新工作:
　　1)根據(jù)激光再制造機(jī)器人工作機(jī)理，建立了同軸送粉理論模型，主要分析了同軸送粉頭幾何參數(shù)（送粉通道錐面傾角、出粉口寬度等）、送粉量和送粉速度對(duì)粉末流的匯聚性、形貌和濃度的影響規(guī)律。設(shè)計(jì)

3、了一套可模塊化拆裝組合的同軸送粉頭，進(jìn)行了一系列的同軸送粉實(shí)驗(yàn)。
　　2)基于Beer-Lambert定律，研究了激光在粉末流中吸收和透射規(guī)律，建立了激光在粉末流中的衰減數(shù)理模型。采用熔覆粉末Stellite Ni25，在不同激光功率和送粉量條件下進(jìn)行了測(cè)試激光衰減的實(shí)驗(yàn)，研究了不同工藝參數(shù)對(duì)激光衰減的影響。
　　3)開發(fā)了基于CMOS的激光再制造粉末流場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，研究了送粉頭幾何參數(shù)和送粉工藝參數(shù)（載氣流量、送粉量、加工角

4、）對(duì)粉末流幾何形貌、匯聚性等的影響情況，分析了其規(guī)律，為同軸送粉頭的優(yōu)化設(shè)計(jì)和激光再制造工藝參數(shù)的選擇提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　4)基于普朗克熱輻射定律和比色測(cè)溫原理，建立了粉末流溫度場(chǎng)檢測(cè)模型和基于CCD的粉末流溫度場(chǎng)檢測(cè)裝置。采用YAG激光和CO2激光，開展了大量的粉末流溫度場(chǎng)檢測(cè)試驗(yàn)，得到不同工藝參數(shù)下的粉末流溫度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)，分析了各個(gè)參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)的影響?；贑CD光柵光譜技術(shù)，設(shè)計(jì)了激光粉末流光譜檢測(cè)系統(tǒng)，研究了不同送粉量和激