Numerical Modeling of Laser Additive Manufacturing (LAM) Process for the Repair Technology of an Inconel-718 based Turbofan

摘要

目前，激光增材制造成型件的机械性能与可靠性仍有待研究。在全球范围内，采用激光增材制造技术对零件加工与修复，仍存在若干问题待解决。然而，激光熔覆技术因其在材料加工过程中的特性，已经成为热门新技术之一。激光熔覆成型技术的主要优点是，在复杂零件成型过程中可获得优异的材料性能。因此，激光熔覆可作为针对高附加值与高可靠性要求零件加工过程的重要手段，尤其是用于高价值零件摩擦损伤处的修复，比如本文着重研究的，对718镍基超级合金涡轮叶扇的修复问题。另一个值得研究的问题就是，激光增材制造过程中的优化问题，故本文将在前人工作基础上，展开针对718镍基超级合金激光熔覆零件修复过程中的数值模拟研究。进行传热学数值模拟，可对激光熔覆过程中工艺参数对材料特性的影响进行研究，将模拟结果与实验结果进行比对，比较二者在温度场、送粉率、激光功率以及沉积形貌上的差异。在实验过程中，熔池温度通过比色高温计测得，熔池表面流动速度可从高速相机所拍摄的连续图像中提取。数值模拟的目的在于，通过仿真，获得较优的加工工艺参数，让零件修复后的区域，拥有甚至超越原基材处的机械性能。如果单纯依靠激光熔覆成型难以获得要求的机械性能，可采用适当的热处理措施，从而提高其性能。

目录

声明

NOMENCLATURE

CHAPTER 1 INTRODUCTION

1.1 Laser Based Additive Manufacturing (LBAM)

1.2 Repair of IN718 based Turbofan

1.3 Proposed Repair Procedure

1.4 Motivation

1.5 Organization of the thesis

1.6 Contribution of the thesis

CHAPTER 2 LITERATURE

2.1 Introduction

2.2 Proposed Methodology to Achieve Desired Mechanical Properties

CHAPTER 3 NUMERICAL MODELING

3.1 Introduction

3.2 Assumptions

3.3 Numerical Modeling

3.4 Boundary Conditions used in LAM

3.5 Simulation:inputs, results and analysis

CHAPTER 4 TEMPERATURE FIELD AND COOLING RATE OF THE MELT POOL

4.1 Introduction

4.2 Experimental validations

4.3 Laser Parameters vs Temperature field and Cooling Process

4.4 Conclusion

CHAPTER 5 NUMERICAL MODELING VS MICROSTRUCTURE

5.1 Microstructure

5.2 Effects of Deposition Strategy on the Microstructure and Mechanical Properties

CHAPTER 6 CONCLUSION AND FUTURE WORKS

6.1 Conclusion

6.2 Future Works

参考文献

APPENDIX I MELT POOL GEOMETRY CHANGE WITH DIFFERENT PROCESS PARAMETERS

APPENDIX II STANDARD HEAT TREATMENT PRACTICES FOR NICKEL-BASED ALLOYS

APPENDIX III TURBOFAN AND LASER CLADDING EQUIPMENT