激光刻花表面形貌的数值模拟及实验比较

建立了一种研究激光刻花轧辊表面形貌的三维模型，该模型采用有限元方法对熔池中的热传导，对流以及熔池表面变化进行了模拟、模拟的表面形貌与实验结果进行了比较，能对实验结果进行较好的解释。     

不同工作模式下激光熔化沉积过程熔池演变数值研究

激光熔化沉积工艺中有连续波(continuous-wave,CW)和脉冲波(pulse-wave,PW)两种激光模式.基于Fluent针对熔池瞬态运动和传热传质建立了三维对称数值模型,通过求解VOF(volume of fluid)连续方程追踪沉积层自由表面,分析了不同激光工作模式下熔池的演变过程及上表面波动规律,对熔池尺寸及最大流速、最高温度进行了对比.结果表明:所得模拟结果和实验结果吻合良好.两种激光模式下熔池上表面中部都会经历凹陷-凸起的波动过程,CW模式熔池内部流速变化相比PW模式平稳,后期熔池内部流动呈准稳态,而PW模式下会重复经历熔池形成过程.PW模式下熔池内部最大流速、最高温度呈周期性变化;同时脉冲激光增大了熔池上表面的波动,其上表面波动幅度接近CW模式的1.8倍,而熔池的较大波动可以较好地平衡未熔化的熔渣颗粒.     

等离子熔积成形混相瞬态场的Level-Set方法模拟

提出了一种二维等离子熔积成形瞬态模型,该模型描述了液／气界面的自由表面发展,并模拟了熔池内流体流动和传热．采用Level—Set方法处理液／气界面边界条件,考虑了熔体流动的主要驱动力——表面张力梯度、表面曲率、浮力以及工件表面的对流散热等因素．用固液相统一模型来描述固／液界面处的熔融和凝固过程,并开发了相应的软件．对高温合金K163在不同扫描速度下的熔积层表面形貌、温度场以及熔池内流场进行了模拟分析．     

脉冲激光表面熔凝熔池演变数值模拟

为了研究脉冲激光作用过程中表面快速熔化与凝固的过程,建立了脉冲激光作用熔池金属熔凝的二维热流耦合模型．考虑重力、材料物性随温度的变化等的影响,利用焓-多孔度方法和用户自定义函数对表面熔化凝固的固液相界面演化进行了分析;采用熔化／凝固模型对熔池内的瞬态温度场、速度场和流场进行了数值模拟,并以实验验证模拟结果．计算结果表明：表面熔化与凝固的固液相界面的移动呈现不同状态;在熔凝过程中,熔池内除存在一对方向相反的主环流外,还存在多个环流;流体的速度随着温度的降低而减小且速度最大的区域位于熔池表面附近．     

基于制造特性的微小型构件表面形貌数值模型

依据微小型构件的结构特点,提取了反映制造特性的表面形貌特征,基于Patir模型,建立了含有波纹度和粗糙度特征参数的表面形貌数值模型.模拟结果与实验验证表明:利用该数值模型生成的模拟表面与期望表面在统计特性上(粗糙度、自相关函数等)吻合较好,波纹度参数的补充使模拟表面更接近实际表面,为进一步研究制造特性参数与接触性能之间的相关关系提供了数值模型基础.     

一种模拟激光刻花的二维CSF模型

采用连续表面力的方法，建立了模拟激光刻花的二维瞬态模型，模型考虑了热传导，对流传热和熔池表面形貌变化等因素，设计了适合连续表面力方法的热源和虚拟体积力，建立了物理模型，并利用有限元和多层网格方法求解，得出了激光刻花过程中材料内部的等温线，熔池内的等压线和速度分布。     

灰铸铁HT200脉冲激光表面重熔

文章报道了用千瓦级N d:YAG脉冲激光器对灰铸铁HT 200进行表面重熔的实验.对激光参数与重熔层熔池形貌、表面粗糙度、显微硬度及结构的关系进行了分析,并提出迅速有效地获得最佳激光加工工艺参数的方法.     

定点TIG焊熔池自由表面演化行为

针对传统定点TIG焊,根据流体力学基本原理,通过加载高斯热源模型并用VOF方法追踪自由表面,建立更接近实际情况的三维定点TIG焊熔池模型.考虑熔池所受的电弧压力、电磁力、浮力及Marangoni剪切力的影响以及相变潜热,运用FLOW3D软件及其二次开发功能,求解得到定点TIG焊熔池的流场、温度场及自由表面,并重点分析熔池自由表面随时间的演化过程.结果表明:TIG焊熔池会产生自由表面变形,随着焊接时间的延长,TIG焊熔池熔深和熔宽均有所增加,形成宽而浅的熔池形貌,同时熔池表面的凹凸变形愈加明显.     

脉冲激光填丝焊接薄板熔池流动行为分析

本文使用VOF方法对熔池自由表面进行追踪,将焊丝简化为熔滴,建立了脉冲激光填丝焊接薄板三维数值模型,揭示了脉冲激光填丝焊接0.5 mm厚Hastelloy C-276薄板熔池流动行为,通过焊缝余高尺寸及熔合线形貌验证了模型的可靠性.结果表明,熔滴作用前,熔池上表面区域主要存在由表面张力导致的熔池边缘向熔池中心的流动,最大速度出现在熔池中部且指向熔池下表面,达到了m/s量级;在熔池下表面区域的流动形式是表面张力及熔池中心流动共同作用的结果,在下部形成两个方向相同的涡流;焊丝的熔入对熔池流场有显著的影响,熔滴对熔池的冲击作用改变了熔池原有的对流方向,使表面张力主导的熔池对流特征消失;熔滴熔入过程中熔池最大速度出现在熔滴熔入位置,约为1.74 m/s.在熔滴冲击与熔池表面张力联合作用下,熔池表现出振荡特性,随后熔池内流动再次回到由表面张力驱动的对流形式.激光脉冲结束后,熔池下部固液界面继续向母材区域扩展约3-4 ms,这种现象与激光的脉冲作用、熔池内的流动及Hastelloy C-276的物性参数有关.     

不锈钢薄板TIG焊三维熔池数值模拟与测量

以TIG焊熔池为研究对象,建立不锈钢薄板三维移动TIG焊熔池的数学模型.模型中考虑浮力、电磁力、表面张力、边界条件和热物性参数.利用Fluent软件,求解控制方程组,得到不锈钢薄板TIG焊接过程运动的熔池形状、温度场和流场.并用激光器发射激光点阵到电弧下方工件,由熔池表面镜面反射于成像屏上,高速摄像获得反射的激光点阵,通过数据恢复处理得到熔池边缘信息,用模拟结果进行对比分析.结果表明,所建立的三维运动熔池的模型是准确的,模拟所获得的1 820K等温线与试验获得的熔池边缘吻合良好,模拟熔池截面与熔透焊缝截面形态也有着较好的吻合.     

激光作用下合金熔池内的熔体流动

从力学角度研究了激光合金化过程中的熔体流动。研究表明激光合金化熔体的流动受控于熔池表面的表面张力梯度的作用和来自熔池水平方向的温差所致的浮力作用。这两个力的作用区域合在合金化溶是有差异的。激光合金化的Ｂｏｎｄ无因次量的分析说明上述两个作用力的强度在同一数量级内，在一定条件下，两者几乎相当。     

轧辊与钢板表面形貌的功能特征参数

目前普遍使用的表面形貌评定参数不能够准确反映轧辊和钢板表面的承载性能和储油性能.本文提出了二维轮廓和三维表面的功能特征参数,并给出了计算方法.通过与表面粗糙度的比较以及对电火花毛化轧辊表面形貌的分析,结果说明了表面形貌功能特征参数使表面的承载性能和储油性能分析更为具体和准确.     

Effect of Processing Parameters on Thermal Phenomena in Direct Laser Metallic Powder Deposition

Direct laser metallic powder deposition technique is widely used in manufacturing, part repairing, and metallic rapid prototyping. The ability to predict geometrical accuracy and residual stress requires an understanding of temperature distribution during the deposition process. This study presents a numerical model of three-dimensional transient heat transfer in a finite model heated by a moving laser beam. Thermal phenomena in the process were investigated. The complex solid-liquid problem and latent heat of fusion were treated by means of equivalent thermal conductivity and modified specific heat, respectively. Using method of birth and death of elements, the growth of additive layers and the shape of melt pool were obtained. The effect of processing parameters such as absorbed power, travel speed, and preheated temperature on melt pool sizes and cross-section of deposited layer profile was studied. The results show that the melt pool sizes increase with absorbed power and decrease with travel velocity. In addition, the preheated temperature contributes less to the melt pool size. The results are generally in a good agreement with experiments in published literature.     

锆基非晶合金激光微织构处理及摩擦磨损性能

研发了一种基于纳秒激光表面微织构的功能化表面制备工艺.此工艺将激光表面加工与低温热处理相结合,先使用一定工艺窗口下的激光加工过程实现非晶合金表面微观形貌的织构化,再使用低温热处理过程调控激光织构非晶合金的表面能/表面化学.研究结果表明:激光加工与低温热处理共同作用下制备的非晶合金表面展现出了表面微纳结构与表面化学的改变,从而实现了超亲水向超疏水特性的转变.同时,微摩擦实验结果表明激光织构化超疏水表面可以在润滑介质的帮助下有效提升其抗摩擦磨损性能.     

双辊铸轧薄带过程中铸速对熔池内温度场的影响

采用三维流热耦合有限元分析对双辊铸轧不锈钢过程进行模拟,利用反向方法处理铸辊与熔池之间的换热边界条件,研究发现,随着铸轧速度的提高,铸带与铸辊之间的热传导系数增大,凝固终了点位置向铸机出口移动,铸带的表面和中心温度都有所升高,熔池表面温度略有增加.在水口尺寸一定的情况下,铸轧速度过小,铸带横向温差较大.铸轧速度是调节熔池液面高度和轧制力的有效手段.     

Influence of Flux and Sulfur on YAG Laser Welding

1　IntroductionYAGlaserweldingprocesscanbeconductedbyarobotusinganopticalfibertotransferthelaserenergyontoaworkpieceduetoitssmallwavelength (1.0 6mm ) .ThustheweldingautomationlevelcanbehighlyincreasedcomparedwithCO2 laserwelding .Therefore ,recentlyyears ,YAGlaserweldingprocesshasbeenquicklydevelopedandappliedformanufac turingofautomobileandchemicalvesselsetc .Gener ally ,thepowerofaCWYAGlaserisnotsohigh (sofarupto 10kW )duetoitslowefficiencyofenergyconversion .Whenweldingwithamiddleorl…     

深熔激光焊接熔池温度场的数值模拟

利用旋转GAUSS曲面体新型热源模型,忽略深熔激光焊时小孔对传热的影响,建立了移动激光热源作用下的三维数学模型。利用PHOENICS3.4软件,模拟了SUS304不锈钢深熔激光焊接热过程的温度场和熔池熔合线形状,得到了不同焊接速度下的温度场分布云图和＂钉头＂状的熔池形状,试验表明数值模拟结果与试验结果基本吻合。     

激光熔覆ZrO_2-8%Y_2O_3涂层提高轧辊抗热冲击性能的研究

为了延长液芯大压下轧机轧辊使用寿命,提高厚板连铸连轧生产效率,从提高轧辊抗热冲击性出发,采用在轧辊表面喷涂氧化锆热障涂层的方法来提高轧辊抗热冲击性。通过对比实验,比较了等离子喷涂ZrO2-8%Y2O3涂层、激光熔覆ZrO2-8%Y2O3涂层试样的表面与截面形貌和抗热冲击性。实验结果表明:激光熔覆涂层气孔、裂纹等缺陷明显减少,涂层与轧辊基体结合强度显著增强;激光熔覆涂层提高轧辊的抗热冲击性较单纯等离子喷涂涂层轧辊提高了2.94倍。