【摘 要】
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激光熔化沉积技术是一种基于激光熔覆技术发展而来的金属增材制造技术,具有成型效率高、粉末利用率高和可设计成分梯度等诸多优势,克服了传统加工工艺复杂、材料去除量大和生产周期长等缺点,可以实现复杂结构件的一体化成型制造,已经被用于航空航天,生物医疗和汽车制造等领域。在激光熔化沉积金属构件的成型过程中,激光和材料相互作用而产生的残余应力,经常使得成型构件发生变形或者开裂,严重妨碍了该技术取得更为广泛的实际
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（No.51771051）；
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激光熔化沉积技术是一种基于激光熔覆技术发展而来的金属增材制造技术,具有成型效率高、粉末利用率高和可设计成分梯度等诸多优势,克服了传统加工工艺复杂、材料去除量大和生产周期长等缺点,可以实现复杂结构件的一体化成型制造,已经被用于航空航天,生物医疗和汽车制造等领域。在激光熔化沉积金属构件的成型过程中,激光和材料相互作用而产生的残余应力,经常使得成型构件发生变形或者开裂,严重妨碍了该技术取得更为广泛的实际应用,也是金属增材制造技术发展遇到的一个瓶颈。本文由此问题出发,以在航空航天广泛应用的钛合金Ti-6Al-4V为研究对象,以激光超声无损检测技术为手段,基于声弹性理论建立单轴应力状态下的残余应力表征的力学模型,研究了激光熔化沉积钛合金样品的宏观残余应力状态,结合激光熔化沉积态样品的显微组织结构,对沉积态样品的声学特征进行了研究。论文取得的主要结论如下:（1）在低激光功率条件下,Ti-6Al-4V沉积态样品宏观组织为具有明显的层带结构的等轴晶,经过去应力退火,层带现象明显减轻。Ti-6Al-4V沉积态样品的微观显微组织由大量α片层和相对量较少的β相构成,β晶界由连续的初生α’相组成,晶粒内部为沿晶界生长的二次α’相集束和呈正交的针状α’马氏体相。粉末态、沉积态和退火态的物相结构未发生明显变化。沉积态和退火态的显微硬度在600HV左右,远高于轧制退火态。（2）建立了针对热弹机制的激光超声无损检测系统。以电压580V,频率20Hz的脉冲激光在材料表面激发具有高信噪比的超声表面波,符合本实验无损检测需求。采用高精度电动平移台准确计算出声表面波传播距离,通过接触式超声探头和数字示波器准确测量声表面波传播时间。再以线性拟合的方式准确计算了无应力状态下钛合金声表面波速VR0=3334.48 m/s。（3）在准确测量声表面波速度的基础上,通过对样品应力加载,成功标定了钛合金声弹性常数AR（1）=-7.26359×10-4 MPa-1。结合单轴应力下表面波声弹性方程,计算得出激光熔化沉积态样品的残余应力分布。
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