電子束熔絲增材隨行退火系統(tǒng)及均勻面熱源掃描*

蔣布輝，張 偉，陳 曉，栗琪凱，孔令其

（1.北京航空航天大學(xué)，北京 100191；2.軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院軍需工程技術(shù)研究所，北京 100082）

電子束熔絲增材制造技術(shù)[1-6]具有能量密度高、成形速度快、材料利用率高和成形質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，適用于制造高性能大型復(fù)雜金屬構(gòu)件，可有效縮短生產(chǎn)周期、降低制造成本，在航空航天領(lǐng)域得到迅速推廣和應(yīng)用。然而，由于電子束輸入功率高、加熱速度快，而且成形零件尺寸大，在成形過(guò)程中往往存在較大溫度梯度，容易產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力和變形，嚴(yán)重影響零件的成形精度[7]。

黃志濤等[8]采用分塊填充成形以及熱處理工藝方法來(lái)解決TC18 鈦合金電子束熔絲成形過(guò)程中的變形問(wèn)題，減小了平板的翹曲量，但需要專門(mén)的熱處理設(shè)備及工藝，降低了生產(chǎn)效率。王宏澤等[9]設(shè)計(jì)了電子束熔絲成形隨行退火系統(tǒng)，利用電子束高頻偏轉(zhuǎn)掃描對(duì)成形零件進(jìn)行加熱，以減小應(yīng)力和變形，該研究只進(jìn)行了溫度場(chǎng)掃描仿真，沒(méi)有開(kāi)展掃描試驗(yàn)研究。電子束高頻偏轉(zhuǎn)掃描技術(shù)指的是通過(guò)電磁透鏡控制電子束高速偏轉(zhuǎn)在工件表面進(jìn)行掃描，通過(guò)控制掃描位置、掃描速度和停留時(shí)間等參數(shù)，對(duì)掃描區(qū)域進(jìn)行均勻或非均勻加熱，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電子束熔絲增材過(guò)程中每層沉積層的熱輸入及溫度場(chǎng)分布，從而實(shí)現(xiàn)成形過(guò)程中應(yīng)力和變形控制。電子束偏轉(zhuǎn)掃描隨行退火無(wú)需單獨(dú)的熱處理設(shè)備，具有操作簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)和高效的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于減小電子束熔絲增材制造中的變形和應(yīng)力具有重要意義。……