答辩博士：祝世超
指导老师：陈文亮
论文题目：Invar合金模具激光熔覆关键技术研究
答辩委员会：
主席：汤文成 教授东南大学
委员：徐 锋 教授南京理工大学
沈以赴 教授南京航空航天大学
陈明和 教授南京航空航天大学
沈理达 教授南京航空航天大学
秘书：陆俊华 副教授南京航空航天大学
时间：2020年9月19日14:00
地点：南航明故宫校区15#341
学位论文简介：
本文通过构建激光熔覆过程传热模型，阐明熔覆过程中的热作用机理，提出熔覆过程中的稀释率控制策略以及对熔覆层微观形貌调控方法，从而提高熔覆质量。
论文的主要研究工作包括：
（1）构建了Invar合金激光熔覆过程传热模型。
构建了粉末颗粒熔化模型、熔覆层几何特征模型和稀释率模型，并根据极差分析模型确定的对熔覆过程影响的主次因素，实现对粉末颗粒熔化、熔覆层几何特征和稀释率的调控，以得到期望的激光熔覆结果。
（2）研究了Invar合金激光熔覆过程热作用机理。
根据激光熔覆实验建立了准确的单道熔覆和多道搭接熔覆几何模型，利用有限元分析研究了单道熔覆时，不同时刻熔覆层和基板的温度场分布、熔池的大小及变化情况；研究了多道搭接熔覆时，不同时刻熔覆层和基板的温度场分布、前一道对后一道的熔覆层搭接时导致的热积累影响、重熔情况及熔池变化趋势；研究了单道熔覆的热循环规律与多道熔覆的热积累效应。同时，为稀释率调控和优化奠定了基础。
（3）提出了Invar合金激光熔覆稀释率优化模型。
针对由于热作用的影响，导致单道熔覆和多道搭接熔覆稀释率逐渐变大的问题，基于深度学习对稀释率进行了调控。首先，为了确保数据的有效性和准确性，选择了5种不同的线性和非线性功率函数加载到有限元模型，并分别提取了对应的数据结果；其次，根据提取的数据结果确定了合适的网络深度、卷积核个数以及卷积核大小；然后，通过构建稀释率优化模型拟合出激光功率函数；最后，把构建的功率函数加载有限元模型进行分析计算，得到了均匀一致的稀释率，并通过实验进行验证。
（4）研究了Invar合金激光熔覆热过程显微组织调控。
针对熔覆过程中热积累效应的影响导致显微组织不断发生演变的问题，分析了单道熔覆、多道搭接熔覆和多层多道熔覆过程中，热积累效应对显微组织的影响机理。对熔覆层的显微组织特征进行了量化分析，并通过控制和调整熔覆工艺参数，控制熔覆层晶粒大小和生长方向，调控熔覆层显微组织特征，改善熔覆层的力学性能，从而减少并抑制熔覆层变形和裂纹的产生，提高熔覆质量。
主要创新点：
（1）提出了Invar合金激光熔覆过程传热模型。针对粉末颗粒熔化、熔覆层成形特征和稀释率，构建了激光熔覆过程映射模型。根据极差分析模型确定的对熔覆层成形特征影响的主次因素，并对粉末颗粒熔化模型、熔覆层几何特征模型和稀释率模型进行调控，以得到期望的激光熔覆结果。
（2）针对激光熔覆过程中，由于热作用的影响，导致单道熔覆和多道搭接熔覆稀释率逐渐变大的问题，提出了基于深度学习的Invar合金激光熔覆过程稀释率控制策略。首先，为了确保数据的有效性和准确性，选择了5种不同的线性和非线性功率函数加载到有限元模型，并分别提取了对应的数据结果；其次，根据提取的数据结果确定了合适的网络深度、卷积核个数以及卷积核大小；然后，通过构建最优化模型拟合出功率函数；最后，把构建的功率函数加载有限元模型进行分析计算，得到了均匀一致的稀释率，并通过实验进行验证。
（3）提出了Invar合金激光熔覆热过程显微组织影响机理及调控策略。针对熔覆过程中，由于热积累效应的影响，显微组织不断发生演变的问题。研究了单道熔覆、多道搭接熔覆和多层多道熔覆过程中，热积累效应对显微组织的影响机理。对熔覆层的显微组织特征进行了量化分析，并通过调整熔覆工艺参数，控制熔覆层晶粒大小和生长方向，调控熔覆层显微组织特征，改善熔覆层的力学性能，减少并抑制裂纹的产生，从而获取致密度高且力学性能优异的熔覆质量。
