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《中国科学技术大学》 2015年
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弧放电层流等离子体的金属快速成形制造研究

王建龙  
【摘要】:直流等离子体炬射流能量密度高,在材料制备、表面热处理和固体废弃物处理等领域具有广泛的应用。在金属快速成形制造领域,与激光、电子束等能量束相比,直流等离子体炬在成形效率、制造成本和能量利用率等方面具有优势。在层流模式下,直流等离子体炬射流长、准直好、能量集中,可以大大提高金属成形的质量和效率。 本文针对金属快速成形制造,开展了层流直流等离子体放电技术以及等离子体金属快速成形技术的研究。 通过对直流等离子体炬结构不断的改进和放电条件的优化,实现了在功率3.6KW下的氩气层流等离子体长射流;工作电流80A、气流300L/H时,射流长度达到18cm,并且能够长时间的稳定运行。 实验研究了直流等离子体炬电流、电压,以及出水口温度和射流长度的变化,分析了电流、气流值对直流等离子体炬的电压、热效率、焓值、射流长度的影响。当直流等离子体炬的电流增加时,直流等离子体炬两端的电压升高,热焓值增加,射流长度增加,热效率却随着电流增加而减小;气流增加时,电压、热效率升高,热焓值下降,这是由于直流炬内部的气动过程以及阳极弧根移动引起的。利用发射光谱对弧区内部的电子温度进行了诊断,弧区的电子温度达到12000K。 利用制造的层流直流等离子体炬进行了金属快速成形制造的初步研究。直流等离子体炬的输出功率、送丝速度、平台移动速度,对成形件的质量都有重要影响。输出功率过低、送丝速度和平台移动速度太快无法进行有效的成形,反之功率过高、送丝速度和移动平台速度太慢,成形件的精度会严重下降。实现了高度为3cm,宽度为2.8cm,壁厚0.6cm的管壁件成形通过扫描电子显微镜对管壁件的截面分析,发现在截面上存在着微米量级的裂纹;这是由于分层制造过程中的相邻层间温度梯度诱发的热应力所致。裂纹外的组织结构均匀、致密。此外,X射线衍射分析表明,除了强的铜特征峰。还存在微弱的Cu2+1O衍射峰,这是由于在成形过程中氧气的卷入,导致成形部件内部出现微弱氧化。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:O53

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【参考文献】
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