[发明专利]一种激光增材制造过程中残余应力的控制装置及方法

权利要求书

1.一种激光增材制造过程中残余应力的控制装置，其特征在于，包括激光器(8)、送粉器(7)、激光头模块(6)和水冷铜板(1)，所述激光头模块(6)通过送粉管(5)与送粉器(7)连通，激光头模块(6)的下端安装激光头(4)，激光头模块(6)通过送粉管(5)与激光头(4)连通，激光器(8)发生的激光竖直穿过激光头模块(6)和激光头(4)，水冷铜板(1)位于激光头(4)的下方，水冷铜板(1)上设有基板(2)。

2.根据权利要求1所述的一种激光增材制造过程中残余应力的控制装置，其特征在于，所述基板(2)的厚度为30mm。

3.一种激光增材制造过程中残余应力的控制方法，其特征在于，采用权利要求1-2所述的一种激光增材制造过程中残余应力的控制装置进行以下步骤：

S1.利用激光增材制造过程中残余应力的控制装置通过在不同的打印层使用不同的激光功率的方式生产合金样本；

S2.对合金样本进行残余应力分析，得到残余应力与对应的激光功率之间的关系；

S3.根据得到的残余应力与激光功率之间的关系重新设定激光增材制造过程中残余应力的控制装置，使得激光增材制造过程中残余应力的控制装置在生产合金的过程中所使用的激光功率成规律性变化。

4.根据权利要求3所述的一种激光增材制造过程中残余应力的控制方法，其特征在于，所述步骤S3打印层的层数为20层，每相邻的4层使用相同的激光功率，由下至上的激光功率分布为2300w、2000w、1700w、1400w、1100w。

5.根据权利要求3所述的一种激光增材制造过程中残余应力的控制方法，其特征在于，所述步骤S1合金样本的生产过程中的激光束直径为3mm、扫描速率为600mm/min、送粉速率为10g/min、层高为0.5mm、搭接率为30％、氧含量小于10ppm。

6.根据权利要求3所述的一种激光增材制造过程中残余应力的控制方法，其特征在于，所述步骤S2对合金样本进行残余应力分析包括以下步骤：

S2-1.通过x射线应力分析仪使用x射线衍射技术得到合金样本内部x射线的衍射数据；

S2-2.采用sin2ψ法根据得到的衍射数据进行合金样本内部的残余应力计算，计算式为：

式中，E是杨氏模量、υ是泊松比、ψ是离轴角、d_ψ是存在应力的状态下衍射平面的晶格间距、d₀是无应力状态下衍射平面的晶格间距；

S2-3.将残余应力计算结果转换为二维等高线图。

7.根据权利要求6所述的一种激光增材制造过程中残余应力的控制方法，其特征在于，所述步骤S2-1中x射线应力分析仪使用过程中的工作电压为20kv、电流为40mA；所述步骤S2-2中E为189GPa、υ为0.30。

8.根据权利要求3所述的一种激光增材制造过程中残余应力的控制方法，其特征在于，所述步骤S1使用CrMnFeCoNi合金球形粉末进行合金样本的制造，CrMnFeCoNi合金球形粉末的粒径为45-105μm。