激光焊接与重熔自由表面温度分布及熔池形状的数值分析

以固液相变的统一模型方程为基础,计算了激光焊接与表面重熔不同加热模型条件下,液态熔池的形成过程,以及温度场和流场.主要考察了激光诱导的合金元素汽化和表面张力驱动流对自由表面温度分布及熔池形状的影响.结果发现,熔池自由表面温度和溶池形状主要受表面张力驱动的流体流动的影响,它在限制自由表面最高温度方面起着主要作用,合金元素汽化热损失的影响是第二位的.熔池的形状主要受液态金属涡旋方向的影响,在负的表面张力温度系数条件下,熔池浅而宽;在正的表面张力温度系数下,熔池深而窄.     

灰铸铁激光重熔的正交设计

报道了千瓦级NdYAG脉冲激光表面重熔的工艺参数探索中采用正交实验设计的方法,可以迅速有效地获得最佳激光加工工艺参数,为激光加工技术在工业生产中的应用提供了一个有效的方法.     

NiCoCrAlY包覆涂层的激光重熔研究

应用2KW—CO_2激光器,在GH140合金表面进行NiCOCrAlY包覆涂层重熔处理。结果表明,控制恰当激光工艺参数,可使激光重熔区组织细化,成分均匀、涂层致密性、附着力显著提高。从而有效改善了抗蚀性和抗冷热疲劳性,并能保持原涂层良好塑性。     

激光重熔热力耦合场有限元分析流程

激光重熔过程中温度及应力的演变决定着成形件的组织和服役性能.以ANSYS平台为例,综述了激光重熔过程中温度场和应力场的分析流程,深入讨论了分析过程中的网格划分、移动热源施加、边界条件设定、热力耦合场、后处理等关键问题的处理方法,为激光重熔数值模拟提供一定的理论借鉴.     

脉冲激光场中金微粒表面温度的探究

激光照射纳米微粒法是基因转染的一种,其中涉及到的细胞成活率和基因转染率与纳米粒子的光热效应密切相关,且最终依赖于结合体表面所达到的温度.该文作为基因转染的前期工作,旨在能够方便地计算出脉冲激光照射下金粒子的表面温度,设计出激光照射靶的最佳参数,理论上提高转染效率.这里以脉冲激光与金粒子相互作用为研究对象,基于热传导方程,将粒子的吸热过程按照4个距离参数(R,δ,χfτ,χAuτ)进行分割,并在每个加热区域分析出了表面温度的数学表达式.结果表明在激光功率密度为5×1011 W/cm2,波长为532nm时,表面温度分析法得到的关于表面温度随金粒子半径变化的曲线趋势与米氏理论数值解析得到的趋势相同,数据点基本吻合.且在3种不同的脉冲持续时间下(30ns,30ps,30fs)都得到了证明.另外,表面温度随金粒子半径和脉冲宽度变化的密度图还显示出了获得最大温度的参数关系式R=2χfτ.因此,依据加热区域的划分,利用表面温度分析的方法可以简便、准确地获得金粒子在激光参数下的表面温度,在理论上设计出了激光与金纳米粒子结合的最佳参数.     

球墨铸铁预处理对表面激光重熔层开裂倾向的影响

对球墨铸铁表面激光重熔过程中的重熔层开裂倾向及影响因素进行了详细的研究,通过对基体分别进行正火、淬火 回火后进行激光表面重熔的对比试验,考察了在相同的激光重熔工艺参数条件下进行表面重熔处理,发现球铁激光重熔处理前的预处理工艺对重熔过程中的重熔层开裂倾向影响很大。试验结果表明,预处理可以改变激光重熔时热影响区的大小、相变产物的显微组织形态,从而导致对重熔层相变应力的分布与大小,进而影响到激光重熔层的开裂倾向。为制定球铁激光重熔预处理的最佳工艺规范提供依据。     

电渣重熔系统渣池发热分布的数学模型

根据电磁场理论,建立了计算电渣重熔系统渣池电位分布和局部发热密度分布的数学模型。通过实验确定了模型参数。计算结果与前人的实测结果基本吻合。在上述基础上,考察了渣成分及电参数对渣池发热分布的影响。     

Ti6Al4V合金表面激光重熔Ni60B+TiN喷涂层的组织与性能

为解决钛及钛合金的耐磨性能，在Ti6Al4V表面进行激光重熔NiCrBSi TiN合金喷涂层的试验，利用XRD和SEM对熔覆层进行了分析，测试了显微硬度和涂层的耐磨性能。结果表明：通过优化工艺参数可获得连续的、均匀的、无裂纹和气孔的熔覆层，熔覆层主要由γ-Ni、TiN、NiB、Cr2Ti和Ti2Ni组成，在结合区热影响区的界面有大约4-5μm的扩散层，熔覆层的平均硬度达l076～l355HV，稀释区为800HV。     

激光清洗基片表面温度的有限元分析及讨论

采用有限元方法分析了激光清洗过程中基片表面的温度分布，研究了激光清洗过程中清洗阈值和损伤阈值存在的原因，推导出使用波长为３０８ｎｍ，脉宽为２８ｎｓ的准分子激光清洗硅片表面油脂的清洗阈值和损伤阈值，并进行了实验验证，其理论清洗阈值与实验结果是符合的     

激光重熔高速电弧喷涂FeNiCrAl涂层的组织与断裂韧性

采用激光技术对高速电弧喷涂FeNiCrAl涂层进行重熔处理.分析了重熔前后涂层的组织结构、物相成分、显微硬度与断裂韧性.结果表明:重熔后,喷涂层片层状堆叠结构与孔隙得到消除,组织结构变得均匀、致密,涂层与基体由机械结合变为冶金结合.喷涂层物相主要有α-Fe及金属间化合物AlFe₃,AlFe和Al_0.4Fe_0.6,重熔后,生成了新相Fe-Cr,［Fe, Ni］固溶体和碳化物NiC_○x.重熔后涂层的平均显微硬度为7.79GPa,约为基体硬度(2.5GPa)的3倍,约为喷涂层硬度(6.0GPa)的1.3倍.载荷为4.9,9.8N时,喷涂层的压痕尖头出现裂纹,涂层平均断裂韧性为1.20MPa·m^1/2,载荷为2.94~9.8N时,重熔后涂层的压痕尖头均没有观察到裂纹.     

涂层感应重熔的电磁场与温度分布

从电磁场的基本理论出发，对合金涂层感应重熔过程中电磁场分布进行讨论，找出了涂层感应重熔过程中热量和温度分布的规律，发现了在界面处和表面处有两个高温区的特征，取得了与实验一致的结果，完善了重熔时温度场分布的理论，为涂层感应重熔提供了工艺控制的依据。     

激光焊接速度对焊缝组织和硬度分布的影响

利用激光焊接工艺焊接核级不锈钢,通过改变激光焊接速度得到不同的焊接接头。采用金相显微镜、扫描电子显微镜等手段研究了熔深比、δ/γ比、组织形貌以及焊缝中各相的成分。通过显微硬度测试了焊缝接头上硬度分布。随着焊接速度的增加,焊缝熔深比线性增加,焊缝中啄-铁素体含量增加,岛状组织增多,板条状组织增多,蠕虫状组织减少,焊缝区的平均硬度值增加。     

激光功率对6061-T6铝合金激光填丝焊接头组织及性能的影响

采用激光填丝焊将厚度为2 mm和3 mm的6061-T6铝合金板材进行搭接叠焊,研究激光功率对接头成形质量的影响,分析了接头的显微组织和力学性能。结果表明,增大激光功率可以有效增加热输入量,焊道逐渐宽化,焊缝熔深增加。进一步分析发现,焊缝中心区和热影响区的析出相均为Mg₂Si。硬度试验结果表明,焊缝中心区由于细小等轴晶和析出相的双重作用,硬度远高于母材区与热影响区的。拉伸试验结果表明,接头的抗拉强度随激光功率的增大而升高,激光功率由2.0 kW升高至2.8 kW,抗拉强度升高约39%。     

激光加热熔池流动的数值模拟

在表面张力驱动的熔池流动中表面附近存在着很大的速度梯度,因此在有关熔池流动的数值模拟中,对该速度变化急剧的表面层作了特殊考虑,采用对包含该表面层的薄层和对此薄层以外的其余区域分别求解并相互耦合的方法,得出模拟结果;该结果与把熔池作为一个整体进行求解所得到的结果相似.     

不锈钢水下激光焊接焊缝成形与力学性能

摘要： 采用水下局部干法激光焊接技术对1 mm厚SUS304不锈钢进行了焊接试验,重点分析了水深及保护气体流量对焊缝成形与力学性能的影响.实验结果表明：通过适当的水深与保护气体流量匹配,可以获得成形良好、剪切拉伸强度与母材相当的焊缝.在水深一定时,随着气体流量的增加,焊缝熔宽变宽,熔深变浅,深宽比减小.在气体流量一定时,随着水深的增加,焊缝熔深和熔宽也表现出类似的变化规律.与普通激光焊接相比,水下激光焊接改变了焊缝的散热方向以及散热速度,因此同一焊接工艺参数下,水下激光焊接的熔深变浅,熔宽变宽.
关键词： 水下焊接; 激光焊; 奥氏体不锈钢; 焊缝成形; 力学性能
中图分类号： TG 456.7文献标志码： A     

钨极惰性气体保护焊熔池三维自由表面特征参数的激光视觉测量

摘要： 针对现有的钨极惰性气体保护焊熔池三维自由表面测量方法难以应用于强弧光、高温辐射、液态金属表面镜面反射等问题,提出一种激光视觉测量法. 利用小功率点或线阵模式结构激光照射覆盖整个熔池表面,采用高速摄像机实时采集经熔池液态金属表面反射畸变的激光图像.设计图像处理算法提取成像激光点位置坐标,建立与投射激光点位置坐标的空间转换数学模型,离线获得熔池三维自由表面的几何特征参数值,对比实测凝固熔池表面对应参数值发现,所提取的几何特征参数值与实测值吻合较好,熔宽、长度和凸度误差分别为0.8%、0.6%和4.7%,证明激光视觉法能够实现熔池自由表面三维信息的动态测量,为采用几何特征参数调整熔池自由表面形貌变化控制焊缝成形及缺陷提供一种新方法.     

激光焊接传热过程的数值计算

以伴随有小孔效应产生的高能量密度束焊接过程为研究对象,建立了运动热源作用下二维小孔焊接中流体流动及传热过程的数学模型,提出采用位置预置———修正的方法对焊接熔池的固、液相交界面位置进行准确捕捉,并对这一小孔焊接模式进行了较为全面的参数化分析,揭示了材料热物理性能、小孔直径、焊接速度等因素对焊接热过程的影响．     

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