基于PREP设备粉末粒径细化的研究

等离子旋转电极雾化制粉设备(简称PREP设备)主要用于制备高品质球形金属粉末。基于国防军工及航空航天等领域对于细粒径、高品质球形金属粉末的迫切需求,以TC4电极棒料为例,探索了Φ60 mm和Φ75 mm两种不同直径电极棒料在不同转速试验条件下的粉末粒径值。结果证明粉末粒径的理论计算结果与试验结果相互吻合。最后提出了细化等离子旋转电极雾化制粉设备粉末粒径的三条途径。     

新型金属微喷熔滴电磁约束沉积成型方法

在原有的金属微喷熔滴沉积成型的基础上,根据成型工艺原有的成型精度低、热变形大、成型质量一致性差等缺陷,结合电磁铸造工艺,提出一种新型的金属微喷熔滴电磁约束沉积成型3D增材制造方法。新方法通过改变金属熔滴的形貌,使熔滴搭接空隙减小。研究了金属微喷熔滴在小空间、大场强、大时间温度梯度环境下的电磁场约束流体流动行为。采用水平集方法追踪金属熔滴与空气的自由界面,分析了在外加电磁场作用下,金属熔滴的内部流动和外部形变的影响因素。     

德国ALD公司惰性气体雾化装置成功验收

德国ALD真空技术股份有限公司日前研制出一种用于制造优质金属粉末的T(?)VIGA35型惰性气体雾化装置。这种高度自动化的雾化装置批料重量达250kg,是由ALD公司为特种合金的雾化专门研制和制造的。由于采取了灵活的设备方案和有冗余的浇铸漏斗,达到了在真空下低于四个小时的熔化周期时间。设备的客户是一家中国高级特种材料制造厂家,该公司将于2006年年初开始生产惰性气体雾化的金属粉末,VIGA35是这     

脉冲DE-GMAW过程熔滴受力分析及电流波形设计研究

针对为了实现铝-钢高效高质量的连接,提出一种高效低热输入的脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊(Double-electrode gas metal arc welding,DE-GMAW)方法。为了使其焊接过程熔滴平稳过渡,分析旁路电弧对熔滴过渡时电流密度的影响,确定脉冲DE-GMAW熔滴过渡时电磁力的作用机制,在主路为脉冲电流情况下,分别设计旁路波形与主路组合形式即为恒定电流、交替脉冲电流和同步脉冲电流三种形式的研究,并使用高速摄像拍摄熔滴过渡图像,进行对比分析试验验证。结果表明,焊接电流波形及组合形式不同会导致作用于焊接熔滴的受力发生改变,从而使得焊接过程的稳定性与焊接质量也发生变化,对比分析得出采用同步脉冲电流时的脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊焊接过程稳定、熔滴过渡均匀一致且焊缝成形平整美观。     

铝合金P-MIG焊接熔滴过渡数值模拟

基于流体力学理论和电磁理论,建立铝合金脉冲熔化极惰性气体保护焊(P-MIG)熔滴过渡的二维简化模型,通过应用Fluent软件,并结合用户自定义程序(UDF)和用户自定义标量(UDS)添加动量方程源项、电流连续方程,针对其熔滴过渡过程进行数值模拟,分析峰值电流、峰值时间和送丝速度对焊接熔滴过渡过程的影响规律。模拟结果显示,焊接熔滴过渡频率会随着峰值电流和峰值时间逐渐增加而增加,熔滴过渡类型会随之由多脉一滴过渡到一脉一滴,进而再向一脉多滴转变;送丝速度对熔滴的拉伸长度、脱落时间和实现一脉一滴的脉冲参数范围有一定的影响。对比结果表明,模拟结果和相关文献中的试验结果相吻合,有效地证明了所建立的数学物理模型的可行性。     

双丝旁路耦合电弧熔化极气体保护焊旁路熔滴过渡行为的模拟与分析

双丝旁路耦合电弧熔化极气体保护焊过程中,由于旁路电弧选择了直流正极性接法,采用常规纯氩气保护时旁路熔滴体积较大且过渡过程不稳定。为此,提出采用80%Ar+20%CO_2作为保护气体,通过改变熔滴表面的受力形式,改善旁路熔滴过渡过程。在此基础上,通过建立可以描述旁路熔滴过渡行为的动态数学模型,模拟分析不同受力形式下的旁路熔滴直径变化与过渡过程。结果表明:采用纯氩气保护时,不同旁路电流参数下的旁路熔滴直径为2.6~3.3 mm且难以过渡,采用80%Ar+20%CO_2混合气体保护时,旁路熔滴直径减小至0.6~1.1 mm且过渡频率加快;通过模拟分析不同保护气体成分下电磁力对旁路熔滴过渡的影响,发现采用80%Ar+20%CO_2混合气体保护时旁路熔滴直径减小了50%,与试验结果基本一致,证明了富氩保护气体中加入CO_2可以使得电磁力重新促进旁路熔滴向熔池过渡,从而改善了旁路熔滴过渡过程。     

双旁路耦合电弧MIG焊熔滴过渡受力分析

针对双旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护(Metal inert gas,MIG)焊过程,使用高速摄像采集不同旁路电流下的熔滴过渡图像,通过图像处理提取熔滴过渡数据信息,并对熔滴所受的主要作用力进行定量计算。根据计算结果对比分析不同参数下熔滴受力的动态变化情况,研究旁路电弧对熔滴过渡的促进机理。结果表明,在焊接总电流较大的情况下电磁力对双旁路耦合电弧MIG焊熔滴过渡的影响最显著,旁路电弧可以促进熔滴上弧根面积的扩展和熔滴缩颈的形成,通过增加向下的电磁力来促进熔滴过渡,且旁路电流越大旁路电弧对熔滴过渡的促进作用越明显;在焊接总电流不变的情况下,随着旁路电流的增加熔滴过渡频率随之增加,熔滴尺寸随之减小,熔滴过渡形式逐渐由大滴过渡转变为喷射过渡。     

激光-MIG双丝复合焊电弧特性与熔滴过渡研究

利用搭建的激光-熔化极惰性气体保护(Metal inert-gas,MIG)双丝复合焊接系统进行焊接试验。在试验中,主要研究激光功率、送丝速度、光丝间距和离焦量等几个主要变量对复合焊接稳定性、电弧特性和熔滴过渡的影响规律。分别选取电弧电压变异系数、电弧偏转角、熔滴过渡方式及过渡频率作为评价参量对稳定性、电弧特性和熔滴过渡进行分析。研究发现,随着激光功率增加,电弧偏转角先减小后增加,在1 000 W附近偏转角最小,焊接过程最稳定。引导丝熔滴始终为粗滴过渡,而跟随丝熔滴为粗滴过渡+少量短路过渡,熔滴过渡频率呈现先增加后下降的趋势。在送丝速度为4 m/min时引导丝和跟随丝的电弧稳定性最好,电弧偏转角先减小后增加最终趋于稳定。在离焦量为–1 mm时,引导丝和跟随丝熔滴过渡频率均达到最大值,分别为8.6Hz和6.3Hz。     

高速电弧喷涂3Cr13钢雾化粒子温度和飞行速度数值模拟

用二相流流体动力学和空气动力学理论建立了高速电弧喷涂雾化粒子温度和飞行速度的数学模型,通过引入高速电弧喷涂工艺过程的送丝速度、丝材直径、喷涂电流、电压和雾化气体压力等工艺参数,与雾化微滴温度、飞行速度和粒度分布建立联系,揭示了高速电弧喷涂工艺参数对雾化过程微滴物理特性的影响。数值分析结果表明,3Cr13钢微滴速度在实际喷涂距离范围内变化不大;粒度对微滴初始温度有较大影响;不同粒度微滴的过热度在1 320～2 090 K之间,电阻项对微滴过热度的贡献最大;微滴强烈过热是电弧喷涂材料损耗的主要原因之一。所建立的模型的数值模拟结果与试验结果吻合较好。模拟计算的高速电弧喷涂技术喷涂3Cr13钢的质均粒度和实测的相吻合,但粒度分布特征不同。     

双旁路耦合电弧铝合金MIG焊熔滴过渡形态研究

提出双旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护(Dual bypass metal inert-gas,DB-MIG)电弧焊方法并建立试验系统.该方法以传统熔化极惰性气体保护焊接电弧为主弧,引入两路对称的电流可控的非熔化极旁路电弧并与主弧形成耦合电弧进行焊接.由于旁路电弧的分流作用,在保持较高焊丝熔化电流的同时可有效降低母材输入电流,并且旁路电弧力的作用对熔滴过渡也有显著的影响.设计专用的窄带滤光系统,实现无激光背光的焊接熔滴过渡行为的高速摄像,获得不同旁路电流参数条件下的铝合金DB-MIG焊熔滴过渡的高速摄影图像并进行分析.试验结果表明总电流恒定的情况下,熔滴过渡形态随旁路电弧电流参数改变而改变.对DB-MIG焊条件下作用于熔滴上的电弧力的分布进行理论分析,解释试验现象,理论分析和研究表明双旁路耦合电弧可以促进熔滴过渡并可显著降低喷射过渡的临界电流.     

CMT电弧增材制造过程电弧特性对熔滴过渡行为的影响机理研究

冷金属过渡(CMT)电弧增材制造技术具有沉积效率高、制造成本低等优势，在航空用大尺寸构件的快速成型领域应用前景广阔。对于电弧增材制造大型构件需采用大电流来进一步提高沉积效率，但在此高电流模式下电弧放电过程对熔滴过渡行为的影响机理尚不明确。因此，本研究采用高速摄像仪观察了电弧增材制造过程中电弧形态及熔滴过渡行为，同时通过建立电弧模型及熔滴过渡模型，分析了在不同电流波段及工艺参数下熔滴过渡频率及熔滴尺寸变化规律，最终揭示了电弧放电过程中电流密度、洛伦兹力等物理因素对熔滴过渡的作用机理。结果表明，电弧宽度与洛伦兹力决定熔滴在电弧放电过程中的受力大小，进而决定熔滴尺寸及其过渡频率。随着送丝速度从5.5 m/min增大至7.0 m/min时，电流峰值持续时间增加了1倍左右，同时电弧宽度与电流密度的随之增加，使得熔滴过渡过程中电磁力上升，熔滴尺寸下降14%且射滴过渡频率增加了3～4倍。当瞬时电流进入熄弧阶段时，熔滴过渡形式转变为短路过渡。随着送丝速度的增加，短路过渡频率从29 Hz减少至20 Hz。     

超声辅助MIG焊接中超声作用特性研究

超声辅助熔化极惰性气体保护(Ultrasonic assisted metal inert gas,U-MIG)焊是一种新型熔化极焊接方法,利用外加声场将相应声学效果引入焊接熔池达到改善接头性能的目的。通过试验系统化研究超声对电弧形态、熔滴过渡以及接头宏观形貌的作用规律,主要目标是更好地理解超声在不同焊接条件下的作用特点。对高速摄像采集的电弧数据进行处理,结果发现随电弧电压增加,超声对电弧的压缩效果也逐渐增大;而随送丝速度增加,焊接电流增大,电弧压缩效果减弱。针对熔滴受力特点分析,可以看出超声作用后熔滴会受到一个促进熔滴过渡的附加力作用。在焊接电流为200 A时,该附加力达到最大,约为2.8×10-3 N,继续增大焊接电流,该附加力逐渐降低。对比不同送丝速度时焊缝宏观形貌,结果显示为了获得更高的焊接效率不能无限提高送丝速度,存在一个最佳的参数匹配值。结合平面驻波理论分析,随温度增加,声辐射力逐渐减弱,这在一定程度上也会削弱附加力作用效果。利用熔池薄膜模型探讨电弧、熔滴过渡以及熔池振荡三者之间的关系,超声对电弧形态、熔滴过渡的影响均可改变熔池的振荡特性,这间接表现为接头形貌的改变。通过试验与理论分析,为U-MIG焊接方法进一步发展与应用打下坚实基础。     

GMAW焊接熔滴长大和脱离动态过程的数学分析

考虑GMAW焊接过程中熔滴过渡的主要特点,利用“质量-弹簧”理论建立了熔滴过渡的数学模型,对连续电流条件下GMAW焊接熔滴过渡过程进行了动态力学分析。定量分析了熔滴过渡形式、振荡速度等对熔滴过渡行为的影响,预测出了不同焊接电流条件下的熔滴脱离尺寸和过渡频率。结果表明,在同一焊接电流条件下, 上一个熔滴的脱离会影响到下一个熔滴在焊丝末端的振荡,并影响熔滴的尺寸和过渡周期:熔滴尺寸和过渡频率的理论计算值与试验数据基本吻合。     

空气雾化喷嘴对胶雾化效果的模拟研究

通过仿真软件Fluent研究空气雾化喷嘴对聚氨酯胶的雾化效果,选择喷嘴的混合区和喷嘴出口下游的雾化区为计算区域,对计算区域的气相流场、两相流流场分别进行模拟,得到不同气相进口速度下计算区域的速度场、压力场的变化规律,胶滴达到较好雾化状态时的时间,以及胶滴在啧嘴出口下游不同距离截面上粒径百分数分布情况;同时分析了不同气相...     

增材制造用球形金属粉末主要制备技术的研究进展

球形金属粉末作为金属增材制造的重要原材料,其特性对增材制造制件性能具有重要的影响.高效制备高品质球形金属粉末成为促进增材制造技术升级和产业化应用的重要发展方向.介绍了主要的球形金属粉末制备技术,包括气雾化法、等离子旋转电极雾化法和等离子雾化法,重点论述了技术原理和重要工艺参数对粉末特性的影响规律,并展望了3类技术的未来发展方向.     

配备下限流导液管的环缝喷嘴雾化能力研究

高品质金属粉末是众多制造领域中的基础材料,微细粉末成型的关键技术在于气雾化制备阶段,而喷嘴及导液管结构和雾化工艺参数对气雾化粉末的质量有重要影响。基于高速射流流体动力学的数值模拟方法研究了雾化压力、雾化气体温度、导液管下口直径与伸出长度对配备下限流导液管环缝喷嘴雾化能力的影响,通过喷盘流场检测验证模型的可靠性。结果表明：环缝喷嘴装配下限流导液管临界入口压力为128.1 kPa,雾化压力2.0 MPa时既能有效增大雾化腔内的气体最大速度和降低最低温度,又能防止过高压力造成返喷而影响气雾化顺行。此外,在极限雾化压力2.0 MPa下,通过增大雾化气体温度、下限流导液管下口直径由5 mm降低至1 mm以及伸出长度由0 mm增大至2 mm均能继续提升气液质量流速比而提升其雾化能力。生产实践也证实了模型的预瞻性,在此优化工艺下生产顺行且粉末粒度D50仅为23.84μm。     

金属粉末激光烧结快速成型技术的研究

激光快速成型技术是集计算机辅助设计、激光熔覆、快速成型于一体的先进制造技术,是传统加工成形方法的重要补充。介绍了金属粉末激光快速成型技术的研究现状和发展前景。     

脉冲MIG焊熔滴过渡控制的新进展

介绍脉冲MIG焊（熔化极惰性气体保护焊）熔滴过渡控制的发展现状,分析了现有控制法存在的局限性,阐述一种最新的控制法—熔滴过渡光谱控制法的原理、优越性及其进展。指出这方面的发展趋势。电弧光谱信号在反映脉冲MIG焊熔滴过渡方面有很大的优越性,其信号品质和灵敏度远胜过以往的信号。相应的光谱控制法已在实验室成功地实现了脉冲MIG焊1峰0基的精确控制,并可能推广用于2峰0基、3峰0基的控制,甚至推广用于连续电流焊条件下熔滴过渡的控制中,工艺适应性宽,前景广阔。     

钛型渣系气保护药芯焊丝熔滴过渡及其控制

从熔滴过渡形态及分类、过渡形态与工艺性关系、熔滴过渡机理、熔滴过渡影响因素及控制等方面．探讨了钛型渣系气保护药芯焊丝熔滴过渡及其控制原理。结果表明．该焊丝熔滴过渡的基本形态是非轴向滴状过渡．在电弧电压较纸瞬时，亦会发生短路过渡行为这类焊丝熔滴过渡形态对工艺性的影响，取决于焊接规范参数的变化．主要是焊接电流．并通过影响熔滴过渡指数．进而使工艺性指标发生之，依据该焊丝熔滴形成过程特点，建立了药芯焊丝熔滴过渡受力模型，焊接电流变化时．不同的作用力对熔滴过渡起主要作用。通过调整药芯组成物，选择焊丝截面形状，改变焊丝直径和钢带厚度．优化焊接工艺参数．改变作用于熔滴上相关力的大小或方向．最终实现对熔滴过渡的控制。     

45钢送丝激光熔覆成型基础工艺

45钢送丝激光熔覆成型工艺将通过单道及搭接熔覆实验进行研究.送丝方向和角度、送丝速度、激光扫描速度和功率对熔覆质量和效率的影响将首先得到研究.搭接实验旨在研究45钢的最佳搭接率.熔道微观硬度和微观组织的研究旨在证明基于送丝技术的激光熔覆成型可得到致密的金属组织,为后续激光熔覆修复和激光熔覆快速成型打下基础.