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。     

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。     

激光功率与扫描速度对45钢薄板焊接温度场的影响

采用SYSWELD有限元模拟和激光焊接红外测温方法,研究了激光功率与扫描速度对45钢薄板焊接温度场的影响。结果表明,焊接温度随着激光功率的增大而升高,随着扫描速度的增大而降低,且在激光功率较大和扫描速度较低时,其变化对焊接温度影响较大。在激光快速加热/冷却条件下,不同参数下的焊接初始温度与终了温度存在差异,通过调整合适的激光参数可获得相对稳定的焊接温度分布。在热影响区作用下,各焊接节点温度下降相对缓慢,且这一过程随着激光功率和扫描速度的增加而逐渐延长。为了提高焊接效率而同时增大激光功率和扫描速度不利于热变形的控制。     

1Cr18Ni9Ti不锈钢薄板等离子电弧加热弯曲成形的温度场

为获得等离子电弧加热工艺参数和薄板几何尺寸对薄板温度场分布的影响规律,应用有限元方法对1Cr18Ni9Ti不锈钢薄板等离子电弧加热弯曲成形的三维瞬态温度场进行了数值模拟,分析了等离子电弧功率、扫描速度、薄板厚度以及冷却条件等对等离子电弧成形温度场的影响特性.结果表明:1Cr18Ni9Ti不锈钢薄板的弯曲角度随着等离子电弧功率的增加而增加,最佳扫描速度下薄板厚度方向温度梯度达到最大.改变温度梯度可以达到控制变形的目的.     

Cu合金粉末激光微烧结扫描线宽研究

实验研究了激光工艺参数（如激光平均功率、扫描速度、光斑直径等）对选区激光微烧结Cu基双组元混合金属粉末扫描线宽的影响及规律．结果表明：若激光平均功率越高、扫描速度越慢、光斑直径越大,则扫描线宽越宽;窄的扫描线宽需要低激光功率、快扫描速度、小光斑的工艺方案,其中小光斑对获得窄扫描线宽尤为重要．最后通过工艺参数的优化,获得了扫描线宽约为120μm的复杂三维金属零件．     

基于正交试验的SLS工艺参数多指标优化

由于选择性激光烧结技术复杂的成型机理,其诸多工艺参数对制件精度都有很大的影响,且同一工艺参数对制件精度不同指标的影响程度也不同.基于正交试验法,通过对高分子材料的SLS试验,研究了烧结层厚、加热温度、激光功率等3个工艺参数对制件形状精度和尺寸精度的影响规律,并运用多指标综合平衡法,确定最优的SLS工艺参数组合方案,对提高SLS制件的综合质量具有指导意义.     

镍基F105Fe粉末选区激光烧结试验

针对选区激光烧结金属零件致密度低、机械性能差等问题,分析了金属粉末选区激光烧结的工艺特点,讨论了扫描路径对金属粉末烧结成形的影响以及金属粉末直接烧结成形的基本机理.选用镍基F105Fe粉末进行选区激光烧结成形金属零件,采用扫描电镜、显微硬度测量、阿基米德定律等方法,研究了扫描路径对选区激光烧结制件微观组织、显微硬度和致密度的影响.结果表明,扫描路径的不同不会改变制件的微观组织,但对组织的均匀化和细化有一定的影响;扫描路径对制件的机械性能影响显著,变向扫描制备的制件显微硬度比较高,致密性最好,短边同向扫描制备的制件显微硬度最高.     

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.     

选择性激光烧结成型件密度模型研究

选择性激光烧结(SIS—selective laser sintering)加工工艺参数的变化会引起成型件密度的变化,进而影响烧结强度．本文应用神经网络方法,建立了加工工艺参数与成型件密度之间的预测模型．应用该模型分析了加工工艺参数(层厚lt,扫描间距dh,激光功率W,扫描速度v,加工环境温度Te,层与层之间的加工时间间隔Ts和扫描方式F)对成型件密度的影响．试验研究结果表明：该模型能定量地反映加工工艺参数与成型件密度之间的关系．据此可通过合理地选取工艺参数得到所需的加工件．     

激光相变硬化工艺参数对5CrNiMo钢温度场的影响

本文运用ANSYS.有限元软件对5CrNiMo合金工具钢激光相变硬化过程进行数值模拟研究,分析了不同激光工艺参数(激光功率、扫描速度、光斑直径)对激光相变硬化过程温度场的影响,并且预测硬化层深.结果表明,激光表面淬火过程温度场分布经历了非稳态到中间准稳态,然后到最后非稳态三个阶段;温度与激光功率成正比,与光斑直径和扫描速度成反比.工件扫入端与扫出端硬化层分布不均匀,呈现扫入端硬化层浅,扫出端深的特点.     

尼龙/Cu复合粉末选择性激光烧结成形

基于烧结机理分析了激光热作用下尼龙对铜颗粒表面的润湿与粘结行为,通过对SLS烧结件的力学性能测试,探讨了材料不同配比对SLS成形件强度的影响,以及不同工艺参数对成形质量的影响.结果表明:预热温度为165 ℃,单层厚度0.15 mm,激光功率15 W,扫描速度2 000 mm/s时制件的成形性能比较理想,且拉伸强度和抗弯强度分别可达34.76 MPa和51.75 MPa.     

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。     

热像仪建立覆膜砂SLS过程激光能量输入模型研究

利用热像仪,通过计算机自动控制,对覆膜砂选择性激光烧结(SLS)过程的温度场进行了测定和研究,避开了使用传统测温方法的各种干扰及缺点. 通过对热像仪测温结果的研究,确定了覆膜砂SLS成型的合适的工艺参数范围:扫描速度10 mm/s,激光功率16～20 W. 根据热像仪测温结果,结合ANSYS数值模拟计算,建立了覆膜砂SLS过程的激光能量输入模型. 该模型考虑了扫描过程中激光与覆膜砂相互作用的因素,用于预测不同的工艺参数对覆膜砂SLS成型过程的影响,为进一步分析各种成型工艺变化对覆膜砂固结效果的影响,以及激光快速成型工艺的计算机优化奠定了基础.     

SLS工艺参数对Al2O3/SiO2/ZrO2复合陶瓷烧结质量的影响

针对复合陶瓷材料Al2O3/SiO2/ZrO2脆性大难加工等问题,结合选择性激光烧结(SLS)工艺成形复合陶瓷粉末,采用Nd:YAG激光器及其送粉装置进行激光烧结试验.利用扫描电镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)和X射线衍射分析仪(XRD)观察了成形件的微观组织并分析了微观组织成分.探讨了激光烧结的主要工艺参数对单层烧结质量的影响及扫描速度对显微结构的影响.结果表明:采用正交试验方法系统地分析了工艺过程,获得最佳工艺参数为扫描速度15mm/s、激光功率40W、搭接量04mm,得到了气孔较少、密度372g/cm3的烧结表面,能够烧结出致密并具有枝状组织的陶瓷.     

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。     

激光直接快速成形金属零件球化效应的实验研究

本文在实验的基础上,从金属粉末烧结机制即液相烧结方面分析了激光直接快速成形金属零件过程中球化效应产生的机理,阐述了激光功率,扫描速度,送粉量这三个工艺参数对激光烧结成形过程中出现的球化效应现象的影响规律,并据此提出了减小或抑制的一些措施.     

基于ANSYS软件的不锈钢薄板光纤激光切割工艺参数研究

为了研究工艺参数对激光切割过程的影响,利用ANSYS有限元分析软件建立304不锈钢三维有限元仿真模型,采用APDL编程语言,实现激光高斯热源沿切割轨迹移动过程仿真;分析在其他参数不变的情况下,切割速度、切割功率以及板材厚度变化情况下的温度分布;通过对不同参数下温度分布云图的对比,利用节点温度分布及温度变化情况,分析切割时参数变化对切割指标的影响。结果表明:温度分布主要表现为呈拖尾彗星状态的温度扩散,最大温度梯度集中在切割源附近;当切割速度过大,功率过小,板材过厚时,最高温度达不到材料熔点;如果切割速度过大,则温度梯度变大;如果切割功率过大,则融化半径变大;实验与仿真对照进一步验证了仿真的可靠性。     

宽带送粉激光熔覆ZrO2/Ni60A复合涂层组织及硬度分析

在304不锈钢外圆表面使用激光熔覆镍基氧化锆金属陶瓷粉末,对激光工艺参数进行优化,制备工艺性能良好的熔覆层.研究了激光工艺参数对熔覆层宏观形貌、显微组织和硬度分布的影响.结果表明:激光功率为1.5 kW时为佳;随扫描速度增大,熔覆层的组织有细化的趋势;通过优化扫描速度,可得到显微硬度值较高,且沿熔覆层表面的垂直方向的硬度分布变化不大的熔覆涂层.     

选区激光熔化快速成型过程分析

分析了选区激光熔化的成型过程及成型机理,归纳了该工艺的技术特征,推导了温升与加工参数间的解析关系式,并据此优化了选区激光熔化快速成型的工艺.采用Cu-P合金对成型工艺进行了实验验证,分析了扫描速度及激光功率对成型质量的影响,探讨了球化的成因及消除方法.结果表明,通过合理配置扫描速度、扫描间距、激光功率等加工参数,可以直接成型具有高致密性的金属零件.     

工艺参数对激光熔覆层质量的影响

概述了激光熔覆技术,介绍了激光熔覆工艺中激光功率、扫描速度等工艺参数对熔覆层质量的影响.