Ti64合金激光选区熔化的数值模拟研究

为研究工艺参数对制件成形及性能的影响,以指导实验与生产采用数值模拟的方法,比较激光功率、扫描速度、扫描方式3种工艺参数对制件温度场的影响及同一工艺参数下应力应变场情况。结果表明:当激光功率增大,瞬态温度场面积增大,熔池温度峰值增大;当扫描速度增大,其温度场收缩,温度梯度增大;相对于同向烧结方式,蛇形烧结方式前一段的温度场对上一道烧结具有保温作用,使温度梯度减小。推荐使用激光功率90 W扫描速度50 mm/s,蛇形烧结方式对Ti64合金进行烧结。     

激光淬火工艺参数对T10钢淬硬层深的影响

为探讨钢的激光淬火工艺参数对淬硬层深的影响 ,本文对T10钢进行了激光淬火试验。结果表明 :淬硬层深随激光功率的增大、扫描速度的降低、激光束重叠尺寸的增大而增大 ,其中扫描速度对淬硬层深的影响相对较大 ;在功率 (0 .9～ 1)kW ,扫描速度 2 0～ 30mm s ,光斑直径 3mm ,激光束重叠 1.0～ 1.5mm的工艺参数范围内 ,可获得不小于 0 .5mm的淬硬层深 ,表面硬度达HV10 95左右 ;此外还发现 ,激光淬火前用碳黑进行黑化处理 ,有可能在T10钢表层形成亚共晶组织。     

Q&P1180高强钢激光焊接头的抗氢脆性能研究

采用激光焊技术对汽车用Q&P1180高强钢进行焊接试验,分析焊接工艺参数对激光焊接头组织演变和性能的影响。选择综合力学性能较好的试样进行低应变速率拉伸试验,研究激光焊接头不同区域的微观组织对Q&P1180高强钢氢脆敏感性的影响。结果表明,当激光功率为2.5～3.5 kW、焊接速度为4.0 m/min(或激光功率为3.0 kW,焊接速度为3.6～4.2 m/min)时,Q&P1180高强钢激光焊获得了全焊透及表面成形良好的接头。不同激光功率和不同焊接速度下,焊缝区和热影响区的硬度均高于母材区的,且在焊缝的两边都存在一个软化区。在激光功率为3.0 kW、焊接速度为4.0 m/min时,激光焊接头的综合性能最佳。在预充氢的慢应变速率拉伸试验中,随着充氢电流密度的增大或充氢时间的延长,其抗拉强度和塑性逐渐下降。其中,当充氢电流密度为2 mA/cm²、充氢时间为5 min时,氢脆敏感性因子为78.0%,具有较高的氢脆敏感性。     

选区激光熔化马氏体时效钢(18Ni300)工艺参数研究

采用单因素条件变量分析方法,研究选区激光熔化(SLM)增材制造过程中激光功率和扫描速度对马氏体时效钢成形件表面质量、相对致密度和硬度的影响规律.结果表明,随着激光扫描速度增大,试件表面熔道球化效应增强,内部缺陷增多,试件相对致密度和硬度逐渐降低;随着激光功率增大,试件表面熔道重熔区域变大,但试件的相对致密度和硬度无明显变化.本研究可为马氏体时效钢选区激光熔化工艺参数的合理选择提供参考.     

304不锈钢与PET激光焊接性能研究

采用6kW的连续光纤激光器,对304不锈钢和聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)进行了搭接焊接试验.通过调节焊接速度,离焦量,激光功率等工艺参数,研究其对304不锈钢与PET焊接的影响.分析激光功率、焊接速度对焊接接头表面形貌的影响.当功率增加或速度减小时,造成PET焊接一侧的焊接区域增大,焊缝熔深也相应加深,并且焊接区域呈现不规则的矩形焊道.本文还对气泡的产生进行了实验和机理分析,结果表明是由于PET在焊接的过程热降解和部分气化原因造成的,均匀细小的气孔较粗大不规则分布的气孔所在接头强度高.优化焊接工艺参数后,焊接的强度达到PET母材61.4%.     

40Cr基体温度对激光熔覆Cr18Ni8Mo2Si的影响

通过选择基体预热温度、激光功率、扫描速度、光斑直径为影响因素,用正交试验方法在40Cr基体上进行熔覆Cr18Ni8Mo2Si研究;通过测试残余应力、显微硬度和观察金相组织等研究熔覆基体温度对熔覆层质量的影响,经研究随着预热温度的上升,残余应力减小,最小的残余应力参数组合为预热温度400℃、激光功率1 200 W、扫描速度4 mm·s-1、光斑直径3 mm;随着预热温度的提高,从显微组织看,组织缺陷减少,结合效果变好;熔覆层显微硬度也随着预热温度的提高而明显增大.     

模具钢激光熔覆的温度场数值计算研究

使用有限元分析软件ANSYS对激光熔覆的表面温度场进行模拟与分析。使用参数化设计语言APDL实现对移动栽荷的加载及ANSYS生死单元方法模拟粉末逐步熔覆的过程。结果表明,激光熔覆是典型的急冷急热加工过程,热影响区成后拖的偏椭圆状图形且面积随时间进行逐渐增大,熔池中心温度随着激光功率的增加而升高,随激光扫描速度的增加而下降。但下降幅度不大。     

C194铜合金薄板激光弯曲试验及力学性能分析

采用脉冲激光对C194铜合金进行激光弯曲成形试验,研究激光参数对弯曲角度的影响规律,并对弯曲前后试件的抗拉强度、载荷位移曲线、显微硬度、表面形貌和表面粗糙度进行对比分析.结果表明:板料弯曲角度随激光功率、离焦量的增大呈先增大后减小的趋势,随扫描速度的增大而减小,随扫描次数的增加而逐渐增大,且扫描次数较少时,两者呈近似线性关系;激光弯曲成形后的试件抗拉强度,随激光功率的增加呈逐渐减小趋势,但低功率条件下的晶粒细化效果反而提高了成形件的抗拉强度;成形后试件扫描区硬化作用并不明显,平均硬度比母材仅提高了3.3％;激光弯曲工艺产生的不均匀温度场使板料面粗糙度和x,y向截面粗糙度均有不同程度的增加.     

激光切割430不锈钢板材的工艺

针对430铁素体不锈钢切割后热影响区脆化、抗拉强度低等成形质量差的问题,本文以430铁素体不锈钢为实验材料,在辅助气压为0.6 MPa的条件下研究了工艺参数(激光功率、切割速度)对板材切口形貌、热影响区、挂渣量的影响规律。实验结果表明:随着激光功率的增大,切口反面的挂渣量减少,切口宽度增大,热影响区的晶粒有变大趋势;随着切割速度的增加,挂渣量增加,切口宽度减小,热影响区晶粒变大,切口光洁变好,切口的表面质量有所提高。在辅助气压为0.6 MPa的条件下,当激光功率350 W,切割速度0.01 m/s时,切口挂渣量最少、切口宽度质量最佳,微观组织形态较为均匀。     

同轴送粉激光增材工艺对温度场及应力场的影响

激光增材制造过程中金属零件能否顺利成形以及成形后组织性能的优劣直接取决于工艺参数的选择。为研究激光工艺参数对增材构件温度场和应力场的影响，本文基于顺序热-力耦合有限元方法对在304L基板上进行同轴送粉激光增材GH4169合金粉末的单道单层工艺开展数值模拟研究。在实验验证数值模型有效性的基础上，深入分析激光功率和扫描速度对不同区域的温度场和残余应力的影响，并探讨应力场与温度场之间的关系。在沉积层边缘区域，提高激光功率和降低扫描速度都会明显降低沉积层和基板在降温过程中的温度梯度，且该温度梯度与该位置的横、纵向残余应力呈明显的正比关系。在沉积层内部，扫描速度的变化对横、纵向温度梯度和残余应力影响微小，提高激光功率使得该区域的纵向温度梯度明显降低，但横、纵向残余应力略有增大，熔池中心区域的残余应力和温度梯度不存在明显的正比关系。     

焊接工艺对7N01P铝合金激光-MIG复合焊接接头中气孔的影响

铝合金在激光-熔化极惰性气体保护（melt inert-gas,MIG）复合热源焊接过程中形成的气孔会引起应力集中、降低焊接接头的强度和塑性等问题,从而明显降低焊接接头的性能。采用激光-MIG复合热源焊接技术,对4 mm厚7N01P铝合金进行了对接焊接,分析了焊接工艺对焊接接头中气孔的影响。结果表明,采用复合热源焊接技术,在送丝速度为7.0、8.0、9.0 m/min,焊接速度为0.9、1.0、1.1 m/min,功率分别为2.3、2.4、2.5 kW时均可以实现7N01P 铝合金板材的单面焊双面成形。当激光功率为2.3 kW,送丝速度为9.0 m/min,焊接速度为1.0 m/min时,焊接接头中的气孔数量最少,气孔率约为1.2%。此外,激光功率的变化会影响焊接接头中气孔的形成,随着激光功率从2.3 kW增加到2.5 kW时,气孔数量先增加后下降;送丝速度的变化也会影响焊接接头中气孔数量,当送丝速度由7.0 m/min增加至9.0 m/min时,气孔数量有所降低;而焊接速度对焊接接头中气孔的影响是双向的,随着焊接速度的增加,气孔数量先减少（焊接速度从0.9 m/min到1.0 m/min）后增加（焊接速度在1.1 m/min）。可见,工艺参数的优化可以起到减少焊接接头中气孔的作用。     

激光熔覆工艺参数对熔覆层高宽比的影响

通过激光熔覆实验,研究激光熔覆工艺参数对熔覆层表面高宽比的影响。实验表明,随激光功率的增大、转盘转速的增大,熔覆层表面的高宽比都增大;随扫描速度的增大,熔覆层表面的高宽比减小;随气压的增大,熔覆层表面的高宽比先提高后降低。     

PEGDA水凝胶的光固化成形工艺及其性能评价

采用光固化成形技术制备三维结构软骨组织工程聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA)水凝胶,并对其成形工艺参数进行对比研究.对聚乙二醇(400)双丙烯酸酯(PEG(400)DA)溶液光固化成形单条线及单层面的形貌尺寸进行测量,研究PEG(400) DA体积分数、激光扫描速度以及扫描线间距等参数对测量结果影响.对制备的PEGDA水凝胶成形尺寸、成分、吸水率、压缩弹性模量等进行评价,结果表明:随着曝光量以及φ(PEG(400) DA)的增加,水凝胶单条线的固化厚度与固化宽度均增加;随着激光扫描填充向量间距的增加,水凝胶单层面的固化厚度减小;随着φ(PEG(400) DA)的增加,固化后的水凝胶吸水率降低,压缩弹性模量增大.采用φ( PEG(400) DA)为30％的溶液,激光器功率为0.1W,扫描速度为1 800 mm/s,填充向量间距为0.15 mm,能够制备出定制化膝关节水凝胶软骨支架,其吸水率为191.67％,平均压缩弹性模量为0.75 MPa,满足软骨组织工程的需求.     

激光焊接5083/6016异种铝合金光谱信号与焊件质量的关系

采用光纤激光器对1.0mm厚5083和1.2mm厚6016异种铝合金平板试件进行激光搭接焊试验,利用光谱测量系统、扫描电镜、维氏显微硬度仪和微机控制的电子万能试验机等手段,检测激光焊接过程等离子体产生时辐射出的时域MgI光谱信号,分析焊缝形貌、显微硬度和力学性能,研究等离子体中MgI光谱信号相对强度与焊件质量之间关系.结果表明,随着扫描速度增加,MgI光谱信号强度降低,离焦量对MgI光谱信号作用明显,而激光功率对MgI信号整体幅度改变较小;MgI光谱强度较小或较大,试件出现焊不透或焊穿现象;MgI等离子体信号波动较大处,出现咬边、凹陷、气孔等缺陷,力学性能低;而MgI等离子体信号平稳时,焊缝平整,缺陷少,力学性能好.基于MgI光谱信号与焊件质量之间的对应关系,运用Hugh hart的统计过程控制(SPC)理论,建立了焊接过程单值-移动极差控制(X-Rs)图.     

SLM成形多层多道金属薄壁件温度场有限元模拟

针对高强铝合金A17075选区激光熔化（selective laser melting,SLM）过程中未知的熔池变化规律和层间作用影响产品成形效率和精度的问题，研究不同工艺参数（激光功率和扫描速度）对各成形层熔池形态和温度场的影响。利用有限元分析软件ANSYS建立金属薄壁件SLM成形的多层多道温度场有限元模型，同时，利用APDL（ansys parametric design language）语言编程模拟了激光热源的加载、激光功率与扫描速度，采用“单元生死”技术描述金属粉末材料的动态增长过程，得出瞬态温度场的分布状况。结果表明，激光功率与扫描速度各自影响不同的温度场因素，适合Al7075粉末的SLM工艺参数为功率250~300 W，速度800~1 000 mm/s。本文得到了激光功率和扫描速度的合理范围，为高强铝合金SLM实际实验提供理论参考。     

焊接速度对双相钢激光焊接接头组织和性能的影响

为提高汽车车身用双相钢(DP钢)激光焊接构件在动态载荷下应用的可靠性,研究焊接速度对1.4 mm厚DP780钢脉冲激光焊接接头组织和不同应变速率下拉伸性能的影响规律.结果表明,不同激光焊接速度下DP780钢接头均存在熔合区硬化和外侧热影响区软化现象,随焊接速度增加,接头的软化程度降低.接头的强度随应变速率增加而增加,抗拉强度和断裂延伸率随焊接速度增加呈先增加后减少的趋势.当焊接速度为400 mm/min时,接头表面成形性好、熔深和熔宽适中、无焊接缺陷、外侧热影响区软化程度最低(软化率为9%),熔合区硬度适中,接头整体强度和塑性指标达到最佳值.     

激光相变硬化数值计算

根据实验的实际条件，考虑对流，辐射等复杂边界条件，给出了有限尺寸，移动热热源的激光相变硬化三维温度场数学模型；     

高镍铬无限冷硬铸铁轧辊表面激光合金化的研究

将激光合金化技术应用于高镍铬无限冷硬合金铸铁轧辊,利用OM,SEM,显微硬度计和X射线衍射仪对激光合金化层的显微组织、成分、截面显微硬度分布和物相进行分析研究.结果表明,合金化层表面平整,与基体形成了冶金结合,部分区域存在裂纹.在激光功率、光斑直径、搭接率一定的条件下,合金化层厚度随扫描速度变化不大;裂纹率随速度增加而增加;合金化层硬度随速度的增加先提高后降低.当激光功率为7.2 kW,光斑直径为0.8~3 mm,搭接率为33.3%时,最佳扫描速度为11 m/min.此时,合金化层平均厚度为0.287 5 mm,平均显微硬度为1 001 HV0.05,是基体材料(656 HV)的1.53倍.