熔积轨迹对金属熔积成形残余应力的有限元分析

金属熔积直接成形过程不均匀的加热和冷却收缩过程使得制件内残留有较大的应力,这将引起制件发生大的变形甚至裂纹.制件内的应力积累与熔积过程的热循环和热积累有着密切的关系.本文建立了三维有限元熔积成形的模型来分析不同熔积轨迹下制件温度、应力变化和制件完全冷却后的应力分布.结果表明,与同向轨迹相比,异向轨迹与分段轨迹熔积直接成形均能降低制件内部的热积累和冷却过程不均匀的收缩,从而降低了残余应力.     

等离子熔积直接成形翼子板模具过程温度场数值模拟

利用有限元分析软件AYSYS,对汽车翼子板功能梯度材料模具的等离子熔积成形过程温度场进行了数值模拟.计算结果表明,温度场呈周期性变化,且随着成形件平均温度的升高,温度分布趋向均匀;在沟槽区域,梯度材料平均温度较均质材料高约11％;最后通过对温度场实测,验证了计算结果正确性.     

焊接快速成形金属零件的残余应力与变形

总结了焊接快速成形过程中成形精度的重要影响因素;分析了焊接快速成形零件的残余应力及变形的产生原因及残余应力的分布状态;归纳了目前降低残余应力及控制变形的方法及措施,并对解决焊接快速成形中的变形问题提出建议.     

激光快速成形过程中残余应力分布的实验研究

以基材为1Cr18Ni9Ti不锈钢，熔覆材料为Ni20自熔合金粉末，采用激光快速成形制取试件，并用小孔法对成形试件中残余应力的分布特性进行了实验研究。结果表明，成形试件中的残余应力整体水平较低，属于低残余应力。靠近基材处熔覆金属承受1个与光束扫描方向平行的压应力，随着熔覆层数的增加，压应力值逐渐减小并转变为拉伸应力，同时应力值呈增加趋势，与此相比，与光束扫描方向垂直的应力值相对较小。     

筒形件电弧增材成形的残余应力模拟分析

基于ANSYS建立了三维有限元模型,采用APDL函数控制单元沿设定轨迹的生死,研究了3种环形路径和2种基板对残余应力的影响,比较分析了不同条件下残余应力及其分布规律。结果表明:同向路径的应力水平最低,加槽基板能够有效地降低残余应力,底部第一主应力平均减少29.86%。基板变形试验与模拟结果吻合,证明了模型的正确性。     

电磁场对CO2焊电弧及熔滴过渡的影响

基于减少CO2焊飞溅的目的,研究了磁控CO2气体保护焊接技术.探讨了外加磁场对电弧及熔滴过渡的作用机理,明确了所需的外加磁场分布.在此基础上,对不同截面形状绕线圈所产生的磁场分布进行了有限元模拟分析.结果表明,圆形截面绕线圈产生的磁场分布具有较好的轴向性,而方形线圈产生的磁场分布的径向性有所增强,因此励磁线圈应选用方形截面绕线圈.     

激光快速成形TA15残余应力影响因素的研究

采用小孔法对激光快速成形TA15钛合金样件进行残余应力影响因素的研究。结果表明:激光功率、扫描速度、送粉速度、扫描方式等工艺参数对残余应力均有显著影响。激光功率越大,残余应力越大;随着扫描速度的增大,残余应力则不断减小;随着送粉速度的增大,残余应力有增加的趋势;3种扫描方式中的交错扫描是残余应力最小的成形扫描方式。最后,对成形样件不同位置的残余应力进行了测定分析,得出成形件中间位置是残余应力峰值点的结论。     

金属粉末等离子熔积成形的初步工艺试验研究

等离子熔积成形是一种新型金属原型／零件(模具)快速制造技术，该技术克服了传统快速原型技术存在的问题，可用于金属原型／零件制造、表面修复工程等方面，具有十分广阔的应用前景。对等离子熔积成形技术做了初步的工艺试验研究，并采用人工神经网络对熔积层几何形貌进行了预测优化，最后成功地进行了金属零件的试制。     

自动化电弧喷涂路径对涂层残余应力的影响

喷涂路径是影响电弧喷涂层残余应力的重要因素之一.利用自行开发的自动化电弧喷涂系统设计了四种典型的喷涂路径,采用X射线残余应力测试仪测量了不同路径下制备的82B高碳钢涂层的表面残余应力分布,并利用金相显微镜和X射线衍射仪分析了涂层的组织形貌与相组成.试验显示,"环形"喷涂路径制备的涂层的残余应力分布最均匀,最大应力值最低;"平行对称"路径的情况最差.组织分析表明涂层主要由氧化物和块状马氏体组织组成.最后探讨了高碳钢涂层骤冷应力、热应力和相变应力三种因素的影响机理.     

等离子熔积直接成形形状特性的基础研究

系统分析了熔积成形技术中影响成形形状特性的原因,研究了转移弧电流、扫描速度和起弧高度对成形精度的影响机理.实验表明,以上参数对等离子熔积直接成形形状特性的影响显著,对改善零件的成形精度起决定性的作用;通过优化成形工艺参数,焊道表面质量得到显著好转.     

预热温度对Q460焊接温度场及残余应力的影响

利用ANSYS有限元分析软件,分析了无预热、预热温度为150℃和200℃时Q460焊接温度场和应力场的分布情况。运用单元生死技术和APDL语言,采用映射网格划分及双椭球热源模型模拟焊缝金属的逐步填充过程。结果表明,预热温度升高,工件最高温度增加,冷却速率减小,模拟结果和理论分析结果吻合较好,证明了模型的可靠性;预热温度为200℃时,焊接件残余应力最小,焊接接头质量较好。     

热处理对激光立体成形TC4残余应力的影响

采用小孔释放法对激光立体成形TC4钛合金沉积态和热处理后的残余应力进行了测试.结果表明,激光立体成形TC4合金的残余应力属于低应力水平,沿激光扫描方向的残余应力σY和垂直于激光扫描方向的残余应力σZ具有类似地分布规律.激光扫描起始位置的残余应力值较小,到中间位置达到最大的压应力,而到熔覆结束位置转变为最大的拉应力;靠近基材处熔覆层的残余应力为较大的压应力,随着熔覆高度的增加,到顶部转变为较小的拉应力.相比沉积态试样,去应力退火后σY和σZ分别平均降低59.8%和72.3%,固溶时效处理后分别平均降低64.7%和 67.8%.热处理后残余应力分布趋于平缓,可有效地消除和调整激光成形过程产生的残余应力.     

等离子熔积成形热输入数学模型研究

研究金属零件熔积成形中的热输入有利于预测和避免熔积层中出现流淌和坍塌现象。由熔池最小热焓原理,推导一定工艺条件下的熔积热效率。结合Fuerschbach ＆ Knorovsky经验公式,建立了熔池尺寸和扫描速度与表征热输入的特征电流间的预测数学模型。实验结果表明,由模型估算的特征电流值与实验所采用的值相吻合。     

电弧快速成形工艺的研究现状

介绍了一种新型的快速成形方法--利用焊接电弧进行成形.通过分析比较阐述了电弧成形与其他金属成形方法相比所具有的优势.回顾了迄今为止,基于电弧成形的国内外发展现状.分别选取基于非熔化极气体保护焊、熔化极气体保护焊以及等离子弧焊的快速成形工艺进行阐述,从成形产品性能、表面状态、成形精度方面加以分析,着重阐述了工艺参数对成形效果的影响.指出了现阶段成形工艺所存在的问题.最后对电弧成形的研究方向进行了预测.     

电子束快速成形温度场模拟

利用ANSYS软件模拟电子束快速成形过程的温度场分布情况,电子束能量输入用高斯面热源表示,由于快速成形过程在真空室中进行,因此只考虑热辐射散热。同时模拟了单圆扫描、多个圆同时扫描和多个圆依次扫描的温度场分布.结果表明,对于成形一定宽度的圆筒,多个圆从外到里依次扫描的方式比较理想,用较小的束流就可以达到熔点以上温度,扫描范围与成形范围趋于一致,得到的成形件表面均匀平整,成形精度较多个圆同时扫描时容易控制.利用"生死单元"技术模拟了层层堆积快速成形的过程,从中可以了解快速成形过程的温度场变化情况,以优化工艺参数.     

再制造电弧喷涂成形层的残余应力分析

阐述了热喷涂涂层中残余应力的产生原因,并利用XRD残余应力测试仪、纳米压痕仪、扫描电镜和X射线衍射仪研究了不同厚度和热处理温度下电弧喷涂7Cr13涂层的残余应力、弹性模量及涂层微观结构.结果表明,涂层的残余应力与厚度成正比关系.适当的热处理工艺能够释放涂层的残余拉应力,当热处理的温度在200～300 ℃之间时,涂层由拉应力转变为压应力,并随着温度的升高,压应力逐渐增大;涂层的弹性模量和热处理温度之间成正比关系.通过对涂层残余应力分布的研究,为喷涂成形较厚涂层提供了一定的理论依据和方法.     

熔积电流对镁合金CMT熔丝增材成形特征的影响

针对AZ80镁合金CMT熔丝增材制造工艺,开展不同熔积电流对镁合金直壁试样成形特性的影响规律研究.结果表明,CMT熔丝增材熔积速度为10?mm/s时,熔积电流在85～125 A范围内可获得成形良好的单道镁合金直壁试样,稳定成形直壁高度比起弧、熄弧位置略高,高度偏差控制在2.6?mm以内;随着熔积电流从85 A增至125...     

重熔及退火对316L不锈钢激光熔覆层残余应力的影响

选用316L不锈钢粉末在Q235钢板上进行激光熔覆,并对熔覆试样进行了激光重熔和退火处理。利用盲孔法对熔覆层及基体的残余应力进行测试,采用光学显微镜、维氏硬度计对熔覆层进行微观组织观察和硬度测试。结果表明,激光重熔后熔覆层组织结构未发生显著改变;熔覆层经600 ℃退火2 h后晶粒有轻微长大,经800 ℃退火2 h后发生再结晶,枝状晶数量减少。经过激光重熔和退火工艺后,显微硬度仍维持较高值。激光重熔最多能使残余应力降低55.9%,而合理的退火处理工艺能使残余应力降低70%以上, 800 ℃退火2 h时残余应力的改善效果最显著,残余应力降低了83.8%。