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激光熔化沉积(laser melting deposition,LMD)在航空航天、医疗器械等领域具有广泛的应用前景。但由于该技术本身所固有的骤热、骤冷特点,沉积件内部大多存在残余应力、气孔等微观缺陷,制约了零件的推广和应用。为此,本文提出电磁冲击增强金属激光熔化沉积技术方法,以期通过电磁力对熔池附近高温沉积层施加冲击,起到在线降低制件内部残余应力、减少孔隙等缺陷的作用。本文以激光熔化沉积铁基粉末、316L不锈钢基板为例进行该方法的研究,具体研究内容如下: (1)研究电磁冲击增强激光熔化沉积的理论基础,包括对沉积层所受电磁力的推导分析,激光熔化沉积残余应力的产生及控制方法研究,以及电磁冲击消减激光熔化沉积制件内残余应力的机理的初步分析。 (2)运用有限元技术获得了平面螺旋线圈作用下沉积层内感应电磁力的时间、空间分布特性以及不同电参数及几何参数下内电磁力的分布规律,确定线圈施力区域,提出集磁器线圈,并对其进行优化设计。从仿真结果得出,集磁器上表面半径与励磁线圈半径相同,下表面与内孔半径较小时更适合电磁冲击增强激光熔化沉积试验。此外,电流强度较高时,电磁力更大,更有利于冲击效果。 (3)根据仿真参数搭建电磁冲击增强激光熔化沉积装置并完成不同励磁电流下的单道、多层多道沉积件制作,并与常规制件进行对比。 (4)对制件微观组织、孔隙、残余应力等方面进行分析,结果表明:电磁场的施加有利于制件晶粒细化,显微硬度增加、孔隙数量和平均尺寸的下降,沉积层显微组织一次枝晶间距由5μm降低至3.2μm,内部残余应力最大降低49%。