基于三维重构技术的K-TIG熔池流动表征

采用钛元素示踪方法表征K-TIG焊接430不锈钢熔池流动行为,在完全熔透焊缝中观察到熔池沿板厚方向分为3个区域,包括马兰格尼对流圈、洛伦兹力推动的对流圈及中间过渡区域;未熔透时熔池中只有马兰格尼对流圈及对流圈与熔池边缘之间的区域.基于连续金相切片的三维重构技术建立了熔池小孔附近流动未稳定区的三维模型与未熔透情况下气孔处焊缝的三维模型.观察了K-TIG熔池流动由未稳定过渡至稳定的过程,小孔前壁只有很薄的一层液态金属流动层,液态金属沿小孔侧壁流动至后方熔池中,熔池在小孔后部开始形成马兰格尼对流圈,在小孔形成后一段距离之后,开始形成洛伦兹力推动的对流圈.未熔透时熔池流动行为明显弱于熔透时熔池流动行为,对流流动减弱易于造成气孔的产生.     

激光深熔焊接运动熔池的动力学行为数值分析

针对连续激光深熔焊接,考虑表面张力、气化压力、浮力和液固之间内部作用力,以及熔池内层流、辐射和气液界面传热传质等因素,建立连续激光深熔焊接激光热源随熔深变化的自适应模型和小孔填充模型,并对熔池的深度、温度分布、流场分布以及相同焊速、不同功率下小孔的动态演变过程进行分析.结果表明:运动熔池形成过程中,焊速为0.08m/s,功率分别为1 600、2 000、2 400W,焊接时间t7.2ms时,小孔深度随时间成线性增长,当焊接时间t7.2ms时,小孔深度值发生高频振荡,但深度平均值趋于稳定;随着激光光束的移动,熔池金属绕过小孔,从小孔前部熔池流向后部形成环流,凝固形成"鱼鳞状凝固线".     

基于示踪粒子的GTAW驼峰焊道形成机制数值分析

针对大电流下GTAW驼峰焊道形成过程中的熔化、流动与凝固行为,建立热力耦合作用下的熔池三维数学模型,在考虑熔池中液态金属所受浮力、电磁力、表面张力的情况下,利用粒子跟踪技术分析了GTAW焊接过程中的熔池流动行为,并与试验进行了对比分析.结果表明:熔池内液态金属并非严格意义上的从前端向后端流动,在流动过程中受到复杂的驱动力影响,中心线处液态金属会向熔池两边扩散.且液态金属的流动并非表层流动,由于受到耦合热力的作用,表层液态金属在由前向后的移动过程中在熔池内部做较为复杂的旋转运动.     

激光深熔焊热源模型的研究现状

综述了激光深熔焊热源模型的数值模拟的研究现状。小孔模型多用于解释小孔内部作用机理．双椭球体热源模型能较好地模拟大深宽比的穿孔型焊接过程，但在热流分布区域及变化规律方面都不能准确描述激光深熔焊热输入。三维锥体热源只考虑了热流作用半径沿厚度方向的变化，没有考虑激光能量在小孔内的沉积效应。柱状体积热源模型热流密度均匀分布反映激光深熔焊时能量在厚度方向上的分布趋势。旋转体热源按热流峰值、热流密度和热源作用半径变化规律分对数曲线旋转体热源，抛物线旋转体热源等。抛物线旋转体热源最合理，既考虑了激光深熔焊焊缝横断面形状特征，又顾及了热量沿焊件厚度方向的分布特点，能比较准确模拟激光焊焊接时的温度分布。     

液态Hg—Na和Te—Se合金电输运性质及金属—非金属转变的…

系统测量了液态Ｈｇ－Ｎａ及Ｔｅ－Ｓｅ合金的电阻率和热电势，发现液态Ｈｇ－Ｎａ合金的电阻率随变化虽有反常行为，但没有金属－非金属转变；而液态Ｔｅ－Ｓｅ合金的电阻率随成分变化并无反常出现，但当Ｓｅ成分大于３０％时，出现金属－非金属转变。     

基于实验铝合金激光小孔焊熔池表面速度计算

为了解决激光焊接铝合金熔池表面液态金属流动速度量值化问题,结合高速摄影装置与波动理论,提出了计算激光焊焊接过程中铝合金熔池表面液体流速的计算方法.根据有限深度液体流动模型,波速取决于液体波传播的波长以及液体深度这两个物理量,采用高速摄影对焊接过程中熔池的流动形态进行拍摄,得到进行波的波长;对焊缝截面的熔深进行测量得到液体的深度,可以计算熔池表面液体的流动速度.研究表明,在激光束功率为6 kW,焊接速度分别为0.066 7,0.075,0.083 5 m/s的高速焊情况下,熔池表面的流动速度可达0.065 8,0.064,0.072 m/s.     

双丝共熔池熔化极气体保护焊熔池流动的数值模拟

利用FLOW3D软件建立三维数值模型,以模拟船用A36低碳钢双丝熔化极气体保护焊(GMAW)熔池的流动行为.采用双椭球热源模型,考虑电弧压力、表面张力、电磁力及浮力所驱动的熔池内液态金属的流动和热传递,以及辐射、蒸发、熔滴的动态冲击作用,并利用高速摄影技术观察熔池的流动行为.结果表明,双丝GMAW形成了单一共熔池,后丝产生的电弧压力分量抑制了液态金属向熔池尾部的流动,双丝之间形成的"推-拉"流动方式以及熔池向外流动方式有助于形成较好的焊缝;双丝GMAW熔池内不易形成毛细不稳定流动的现象,熔池前后表面张力的法向分量相对平衡,没有出现液体通道收缩及提前凝固的现象.     

超声辅助微注塑成型中熔体壁面滑移行为的研究

壁面滑移在聚合物熔体注塑成型过程对熔体充模流动行为具有显著的影响.本文基于对超声辅助微注塑加工机理的研究,分析了超声振动对微尺度型腔中熔体壁面滑移的作用方式.结合聚合物熔体壁面滑移方程和超声对熔体壁面滑移的影响机理,阐明了不同情况下的壁面滑移理论模型.采用毛细管流变仪研究了超声振动作用下的聚合物熔体的壁面滑移行为,通过分析壁面滑移的临界剪切应力变化,明确了超声振动作用下的熔体壁面滑移行为对微尺度型腔充模情况的影响.研究结果表明,超声辅助微注塑过程中,超声作用下的微尺度型腔中熔体壁面滑移的临界剪切应力降低或变为零,壁面滑移速度随剪切应力增加而增加,不同剪切速率时超声作用下的熔体黏度均明显降低,进而提升了熔体对微尺度型腔的充模能力并改善了微塑件的成型质量.     

双条型磁极作用下结晶器内液态金属流动的数学模型

通过涡量－流函数有限元法建立了双条型磁极作用下结晶器内液态金属流动的数学模型,并研究分析了双条型磁极对结晶器内液态金属流动的影响。结果表明：在实验条件下,结晶器内水口出口上下明显形成４个涡流区。     

单液滴碰撞不同尺寸等温壁面过程

应用基于VOF的界面跟踪方法分析了单液滴碰撞不同尺寸等温固体壁面时铺展、回缩或延伸至壁外形成液膜、液膜破碎等过程的动力学行为.通过与文献中液滴在壁面上铺展直径随时间变化的试验对比,证实了模型的可靠性.通过改变We数、Re数及壁面宽度,考查了初始液滴碰撞动能、表面能及固体壁面尺度对液滴碰壁现象的影响,计算结果表明:当壁面...     

强迫对流影响枝晶生长的三维相场法模拟

将计算流体的三维模型与模拟枝晶生长的三维相场模型进行耦合,建立强迫对流环境下枝晶等温生长的三维PF-LBM模型,以Al-Cu合金为例研究液态金属流动时枝晶的生长行为、不同流速下枝晶的生长行为并在相同模拟参数条件下将三维模拟与二维模拟进行对比.结果表明:液态金属的流动显著改变了三维枝晶原有的对称生长形貌.不同流速下枝晶的生长形貌和溶质场分布不同,流动速度越大,迎流方向主枝晶越粗,逆流方向主枝晶越细.流动速度对尖端曲率半径的影响大于对尖端生长速度的影响,大的流动速度对逆流方向枝晶的影响比对迎流方向枝晶影响严重.三维模拟中液态金属的流动状况比二维模拟中复杂;相同模拟参数下三维模拟中液态金属的流动对枝晶生长的影响比二维模拟中影响大.     

烧结NdFeB永磁体激光点焊的显微组织特征

为了研究烧结NdFeB永磁体在激光焊接条件下的冶金行为,利用2kW连续光纤激光器对N48H永磁体进行了激光点焊,分析了"深熔"和"热导"两种激光焊接模式下焊点的显微组织特征,并对显微组织的形成机理进行了初步分析。结果表明:两种焊接模式下热影响区(HAZ)中均存在液化裂纹,熔合区均由Nd2Fe14B相和α-Fe相组成,熔核内部均为亚μm的Nd2Fe14B超细等轴晶。深熔焊熔核上表面有密集生长的α-Fe柱状枝晶,而热导焊没有;深熔焊时富Nd相在熔核上表面外围富集,热导焊时富Nd相在熔核上表面中心富集。不同焊接模式下,不同的温度场及熔池流动行为是形成接头区不同显微组织的根本原因。     

微纳尺度下Couette流动的分子动力学模拟

为了研究微纳尺度下流体密度、壁面剪切速度以及不同材料的壁面对流体流动特性的影响,采用分子动力学方法对流体在微纳尺度下的Couette流动进行模拟。研究结果表明:随着流体密度增加流体与壁面作用力增大,壁面对近壁流体的束缚也增强,近壁面处流体粒子自由运动减弱导致流体扩散能力下降,同时流体等效黏度随密度增加而增大,滑移量减小;壁面剪切速度增大,导致近壁面处流体粒子数减少,流体等效黏度降低,流体粒子在通道中更容易进行无规则自由运动使其扩散能力增强;通过改变壁面材料,发现金属壁面作用力强于非金属,在金属材料近壁面处更容易吸附较多流体粒子,导致金属壁面附近流体等效黏度较大,滑移量相对较小。     

液态金属充型过程三维流动场数值模拟

基于有限差分法建立液态金属充型过程流动计算的数学模型,使用SOLA-VOF数值模拟技术开发液态金属充型过程三维流动场数值模拟分析软件.然后,利用该软件计算标准实验铸件充型过程的三维流动场,结果与经典算例近似,表明该软件关于流场的计算精度较高.     

时变电磁场作用下金属熔体中的Lorentz力分析

运用电磁互感耦合原理，对时变电磁场中金属熔体凝固过程中的受力进行了分析，并运用ANSYS5．7软件进行了数值模拟。结果表明，在时变电磁场中，液态金属受勤大小随时间周期变化的Lorentz力作用，使得金属熔体在凝固过程中获得无接触搅拌。     

匀晶系Sb_(95)Bi_5合金熔体的液态结构变化规律与机理研究

利用液态金属X射线衍射仪和液态金属电阻率测量设备,分析了不同温度下Sb95Bi5合金的熔体结构、团簇相关半径以及Sb95Bi5合金熔体在降温过程中电阻率随温度的变化规律。实验结果表明,Sb95Bi5合金熔体的原子团簇相关半径在700~675℃之间发生了明显的变化,电阻率温度系数在698℃也发生了相应的变化,表明合金熔体在该温度范围内发生了液态结构的变化,这是由于该熔体中原子团簇在降温过程中发生Peierls形变所致。     

热轧金属横向流动规律及其对板形的影响

采用有限元软件ABAQUS建立热轧金属弹塑性变形模型研究金属横向流动,为了降低模型计算成本,在模型中引入平稳轧制过程中轧件几何模型端面纵向位移沿横向均布的假设.利用此模型仿真研究轧制过程中多个因素对于金属横向流动的影响规律以及相应金属横向流动对轧件板形造成的影响.研究结果表明,接触界面摩擦状态的改变对金属横向流动的影响可以忽略;宽带钢热连轧生产中,在比例凸度不变的情况下,宽度的变化和平均前、后张应力介于实际生产范围内的波动不会引起金属横向流动的变化以及进一步的轧件板形变化;金属横向流动随压下率变化,且使得压下率增加时轧件对称板形向中浪趋势发展;金属横向流动随对称及非对称板廓相似度变化,且金属横向流动的变化显著削弱板廓相似度的改变对轧件板形的影响.为了满足生产现场的在线控制,根据多组有限元模型计算结果建立快速金属横向流动非线性回归模型,为轧件板形的准确调控奠定基础.     

液态金属充型过程流动与传热数值模拟

根据有限差分法原理,对液态金属充型过程中同时发生的流动与传热过程,用在微小时间段内独立的流动与传热过程近似表示.结合温场数值模拟与流场数值模拟技术,开发铸件成形过程流动场与温度场耦合的数值模拟软件,并利用该软件对标准实验铸件充型过程进行耦合分析.研究结果表明:该方法不需要求解用能量平衡法建立的,考虑了流动对传热影响的复杂方程,有利于提高流动与传热耦合数值模拟的计算速度;自主开发的金属液态成形工艺分析系统的"耦合"计算功能是有效的,且计算精度较高.     

下期发表论文摘要预报

挤压铸造颗粒增强金属基复合材料MMCs过程中，挤压压力、熔体的预热温度、预制件的体积分数、颗粒的半径等都将对压力浸渗效果乃至最终复合材料的力学性能产生深刻的影响.分析了挤压铸造MMCs过程中液态金属浸渗和传热行为，推导出挤压铸造MMCs过程中，液态金属浸渗规定深度所需要的时间，随着无量纲压力Φ的增大，浸渗所需的时间τ*缩短；但当Φ值很大时，Φ的升高使τ     

液态金属充填铸型的数值模拟

应用数值计算方法，通过求解Ｎ－Ｓ方程；并运用质点漂移法（ＭＡＣ）确定充填铸型过程中变化的流体表面形貌，对液态金属充填铸型时这一复杂的流动现象进行了仿真模拟。