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.     

激光熔覆成形砂型铸造金属模具探讨

探讨激光熔覆成形技术直接制造砂型铸造用金属模具的问题．通过分析砂型铸造用金属模具无悬臂结构、有拔模斜度、采用圆弧过渡等结构特点，论证了激光熔覆成形技术适用于这种模具的制造，能降低模具制造成本、缩短工期；提出了在应用中进一步轻量化、低耗化的对策，并指出随着激光熔覆成形技术的发展，砂型铸造金属模具的轻量化、低耗化将逐步实现．     

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.     

激光直接快速成形金属零件的机理及特征探讨

分析了双组元金属粉末的激光直接快速成形金属零件的机理，阐述了烧结成形过程中的一些基本特征，主要包括翘曲变形、球化效应和裂纹，从理论上探讨了激光参数、工艺参数、材料特性、烧结气氛等对成形件质量的影响．     

喷涂参数对粉末沉积率影响的试验分析

对氧乙炔火焰喷涂的工艺参数经试验优选分析,采用正交试验法得出沉积率较理想的涂层,为正确使用该项工艺提供依据．     

端面泵浦板条激光器的热效应

从稳态热传导方程出发,研究了掺杂浓度为0.3％的Nd：YVO4板条状晶体内部的温度和热应力分布,计算了晶体端面泵浦区域中心和两端热应力随泵浦功率的变化以及单片晶体所能承受的最大泵浦功率,为大功率高光束质量的板条激光器的研制提供依据.     

B对Zr-Ti-Ni-Cu-Be块状非晶合金热稳定性的影响

利用X射线衍射(XRD)及差热分析(DSC)等方法研究了添加B对Zr Ti Cu Ni Be块状非晶合金的形成、结晶及热稳定性的影响·结果表明:在Zr Ti Cu Ni Be合金系中添加B可明显改变该合金的玻璃转变温度Tg,一次结晶温度Tx及过冷液相区ΔT等参数·当y(B)≤3%时,B的添加可使合金保持块状非晶,提高Tg、Tx并扩大过冷液相区,使非晶热稳定性增加;当y(B)≥6%时,B的添加将诱导大量的粗大Zr2Cu及ZrB2等晶体的析出·由于它们非纳米晶,尺寸较大,形状不规整,不能作为非晶复合材料的增强体·     

LD端面泵浦激光晶体热效应分析

针对二极管激光器端面泵浦Nd:YVO晶体工作特点,提出矩形各向异性激光晶体热模型.在晶体周边冷却,两通光面绝热情况下,通过求解泊松热传导方程,得出了矩形截面Nd:YVO4激光晶体的温度分布,进而求解Nd:YVO4激光晶体端面热膨胀量.研究结果表明,在泵浦功率为18W时,激光晶体泵浦面最高升温344.4K,最大热形变量2.85μm.对激光晶体温度场分布和端面热形变的研究,为解决晶体热效应提供了理论基础.     

同轴送粉喷嘴气固两相流流场的数值模拟

在激光金属直接制造过程中,为获得较小特征尺寸和组织致密的熔覆零件,采用气固两相流理论对载气式同轴送粉喷嘴的内外流场进行了数值模拟,应用FLUENT软件中的离散相模型计算了粉末的流场浓度分布规律及汇聚特性.计算结果表明,同轴送粉喷嘴的焦点浓度在径向和轴向都近似服从高斯分布,在同轴送粉喷嘴锥角不变时,锥环间隙越小,粉末流场焦点处的浓度越大,聚焦半径和焦距越小,汇聚特性就越好.在同轴送粉喷嘴锥环间隙不变时,锥角过大或过小均不利于粉末汇聚,选择最佳锥角有利于获得最佳汇聚特性.在其他条件不变时,外层保护气体流速过大或过小也不利于粉末汇聚,当外层保护气体流速为6 m/s时,同轴送粉喷嘴粉末的汇聚特性最佳.因此,所建模型和模拟结果对同轴送粉喷嘴的设计和结构优化具有参考价值.     

低功率激光作用下的热透镜效应

采用COMSOL Multiphysics 5.5软件构建的模型研究了透镜焦距变化与激光功率变化的关系,利用理论分析设计实验方案并确定热透镜焦距计算公式.通过实验探究了低功率激光作用下的热透镜效应,实现了低功率激光作用下热透镜效应的可视化,测得酱油透镜为热凹透镜;使用刀口法测量激光半径,得到热凹透镜的焦距,实验相对误差为3.6%;以焦距为热透镜效应的强度参照量,得到热透镜效应的强度与光功率呈正相关关系.     

激光二极管端面泵浦激光棒热效应的解析研究

为了解决激光二极管端面泵浦激光棒引起的热效应问题，基于热传导理论，建构了热传导方程新的本征函数解，得出了激光棒内温度场与热形变场的一般解析表达式．该表达式不仅解决了由于棒内热流线径向假设造成的温场计算误差问题，而且解决了使用数值分析方法带来的计算精度不高的问题．研究结果表明，当激光二极管的泵浦功率为20W、泵浦光斑高斯半径为200μm时，掺钕离子质量分数为0．5％的钒酸钇激光棒泵浦端面具有451．2℃的最高温升和3．42μm的最大热形变量．对激光棒内等温线分布状态分析可以得出，其热流线为非径向分布．与棒内热流线径向假设计算结果对比，激光棒的最高温升值减小了30%．所得结果可以用于激光谐振腔的设计，为减小激光系统的热效应问题提供了理论依据．     

用于平板摄像的CdSe靶面淀积参数对摄像特性的影响

为了开发用于真空微电子平板摄像管Vacuum Microelectronics Flat Panel Camera Tube(VME FPC）的高灵敏度CdSe多层光导靶面,改建了一台精确控制CdSe材料的蒸发速率、厚度和基体温度的高真空热蒸镀调和,开发了由真空热预处理,非真空热后处理组成的系列新处理工艺,制造出了新的高性能的CdSe多层光导靶。     

加工工艺参数对碳纤维增强复合材料层合板制孔质量的影响

为了研究不同的钻孔参数对制孔质量的影响,本文采取五种不同顶角的刀具(90°、118°、140°、160°、180°)以及不同进给速度对碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics)层合板进行钻削实验,将钻孔参数与制孔质量的关系进行拟合,建立了基于分层因子的评价方法,并由此开发一种CFRP钻孔工艺参数知识库系统。通过对不同顶角钻头的轴向力-时间曲线、进给率/顶角-轴向力拟合关系图进行分析,并对比不同顶角钻头的扫面电子显微镜(SEM)图象,发现：钻头顶角越大,进给率越大则钻削轴向力越大,出口分层缺陷越严重;钻削参数为小顶角、低进给时,出口质量更优异。     

超细煤系煅烧高岭土粉体制备的工艺参数优化

以盘式搅拌磨为超细粉碎设备,系统地研究了粉碎法制备超细煤系超煅烧高岭土粉体的工艺参数,结果表明,矿浆浓度,磨矿时间,研磨介质添加量和配比,叶轮搅拌速度是制备超细煤系煅烧高岭土粉体的重要工艺参数,合理地选择这些工艺参数,才能制备出粒度－２μｍ含量大于９０％的超细煤系煅烧市高岭土粉体。     

酸沉降影响下土壤金属元素的变化

分析了重庆地区酸沉降对土壤金属元素的影响。结果表明：重庆重酸沉降区土壤耕作层交换性盐基含量Ｋ＋、Ｎａ＋、Ｃａ（２＋）、Ｍｇ（２＋）明显低于底层（１０～６０ｃｍ）土壤，显示出表层土壤矿质营养元素流失严重，而土壤中活化的有毒金属元素（Ｃｄ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｌ）含量也明显高于对照区，且土壤表层活性Ａｌ增幅显著。因此．重庆酸沉降对土壤表层金属元素的影响是主要的。     

激光二极管侧向泵浦的Nd:YAG激光器的热效应

分析了激光二极管侧向泵浦的Nd:YAG激光器的热效应、热分布及热焦距,采用传播圆的方法对等效三镜腔进行了分析,用稳腔法对热焦距进行了测量,分析了这种方法的优缺点.     

基于二维温度场理论的激光淬火工艺参数研究

基于激光淬火的二维温度场理论 ,通过对温度场分布公式的拟合简化 ,推导出激光淬火淬硬层理论宽度及深度计算公式 ,讨论了产生最大淬硬层深度和宽度的条件 从理论上说明了激光淬火工艺参数对淬硬层深度和宽度的影响 在对QT80 0 - 2进行的激光淬火实验中 ,淬火硬化层实测宽度和深度的实验值与理论计算值之间的误差大约为 1 0 % ,得到了令人满意的结果     

光学组件参数对热喷涂粒子参数测量的影响

为保证热辐射法测量热喷涂粒子参数的精度,分析了主要光学参数对信号强度和特征的影响,并通过用等离子喷涂纯Mo粉末进行了实测验证.结果发现:信号强度主要由孔径光阑直径和瞄准距离决定,而信号特征则随粒子空间分布、孔径光阑直径及调制窗口尺寸的变化而改变;试验证实实测信号的相对强度和信号特征与预测规律基本吻合.大直径孔径光阑在提高信号强度和信噪比的同时导致信号特征恶化,小直径孔径光阑有利于获得特征良好的信号,但也会导致信号强度、信噪比和测量结果集中程度的降低.因此,在系统设计过程中,应在采用直径尽可能小的孔径光阑保证粒子信号特征的前提下,引入雪崩光电二极管等高灵敏度器件来提高系统的光电灵敏度,确保信号强度和信噪比,进一步提高测量精度.     

工艺参数对碳纤维抗张强度的影响

本文探讨了在碳纤维制备过程中,预氧化碳化工艺参数对碳纤维抗张强度的影响。实验结果表明,碳纤维的抗张强度随预氧化纤维鞘面积含量增加而提高,在一定速度范围内(4m/h26→m/h)随碳化速度的加快而提高。当预氧化和碳化工艺相匹配时,才能得到高抗张强度的碳纤维。     

半导体激光器中跳模现象的协同学分析

本文从半导体激光器改进的速率方程组出发,运用“协同学”中一些惯用的概念和方法,对半导体激光器中的跳模现象进行理论分析和讨论。得到若干与已发表文献有所不同的结果,它们有助于较清楚和较深刻地理解半导体激光器中的跳模机制。