40Cr钢平板表面激光堆焊三维温度场数值模拟

基于ANSYS数值模拟平台,建立了三维瞬态激光堆焊40Cr钢温度场有限元模型,利用APDL参数设计语言实现热源的移动,对40Cr钢表面激光相变硬化处理过程的温度场进行模拟,得出熔池温度随时间的变化规律,并对比了不同功率和不同扫描速度对温度场的影响。结果表明:随热源的移动,温度场呈现彗星状云图,且激光光斑前缘温度梯度大,后部温度梯度小;不同功率对比结果表明,在相同的激光扫描速度6 mm/s时,表面温度最大值随激光功率增大而升高,在900 W时达到4238℃;不同速度对比结果表明,在相同功率800 W时,表面温度最大值随激光速度增大而减小,在6 mm/s时达到3738℃。     

27SiMn钢表面激光熔覆的数值模拟与验证

在27SiMn钢表面激光熔覆铁基合金粉末,对激光熔覆成形过程中移动高斯热源作用下的温度场利用ANSYS有限元分析软件进行模拟,并建立了三维模型。进行单因素动态模拟,探讨了各工艺参数对温度场的影响。通过设计三水平三因素的正交试验来验证模拟结果的准确性。结果表明:熔池中心的温度最高。当扫描速度一定时,熔池内最高温度与激光功率成正比例关系;当激光功率不变时,激光扫描速度与熔池内最高温度成反比例关系;不同搭接率对熔池内的最高温度影响较为有限。不同时刻下的温度场激光移动热源中心前方的温度梯度大于激光移动热源中心后方的温度梯度。在激光熔覆过程中,当激光功率为2500 W,扫描速度在16 mm/s,搭接率为1/2时,可得到与基体具有良好冶金结合的熔覆层。     

TC4激光熔覆NiCrCoAlY热循环特性及组织性能

对TC4钛合金激光熔覆NiCrCoAlY涂层的热过程进行数值模拟仿真,探究工艺参数对热循环特性的影响规律,并进行激光熔覆试验验证. 结果表明,当激光扫描速度相同时,激光功率越大,冷却速度越快,两者近似呈线性关系. 当激光功率相同时,随着扫描速度的增大,冷却速度先增大后减小,出现拐点,随着激光功率的增加,冷却速度拐点对应的扫描速度减小. 不同冷却速度得到的涂层组织和性能不同,冷却速度增加将细化晶粒提高涂层硬度,但过大将导致涂层产生缺陷. 最佳工艺参数为激光功率600 W,扫描速度3 mm/s,适宜冷却速度为820 ℃/s.     

钛合金TC4激光熔覆成形的数值模拟研究

对钛合金TC4激光熔覆过程进行数值模拟。分析了不同激光功率、焊接速度下,激光熔覆过程中的温度场及应力场。结果表明:在本模拟研究中,当扫描速度为4 mm/s时,激光光斑半径为1.5 mm,激光功率为300 W时,熔池深度为0.6 mm,宽度为2.4 mm,成形效果好;当激光功率升至500 W,扫描速度为5 mm/s,激光光斑半径为1.5 mm时,成形效果也好。综合考虑成形质量和时间成本,后者为最优工艺参数。成形件的中心部位应力较为集中,出现缺陷的可能性较大。     

激光钎焊电子元器件微焊点的工艺参数优化与性能研究

以连续和脉冲光纤激光作为热源,采用Sn Ag3.0Cu0.5钎料等对电子元器件进行钎焊试验,研究激光功率(4~20 W)和激光扫描速度(3~35 mm/s)对微焊点力学性能的影响。并用红外再流焊机对电子元器件进行焊接,对不同焊接工艺的微焊点力学性能进行了对比;观察了不同工艺钎焊焊点断面的显微形貌和焊缝组织。结果表明,连续激光钎焊的功率为9~10 W、扫描速度为20 mm/s或功率为8 W、扫描速度为10 mm/s时可获得较高的微焊点抗拉强度;不同工艺微焊点抗拉强度的大小顺序依次为连续激光钎焊红外再流焊脉冲光纤激光钎焊;连续激光钎焊功率为9W,扫描速度为20 mm/s,焊缝的组织均匀,与基材连接较好,界面处较为平滑,未见焊接气孔、裂纹等缺陷,而红外再流焊焊缝中出现了尺寸不等、形状不规则的孔洞缺陷。     

AZ91D 镁合金表面激光熔覆 Al-Cu 合金的温度场模拟与验证

目的确定AZ91D镁合金表面激光熔覆Al-Cu合金的最佳工艺参数。方法利用有限元软件ANSYS建立移动高斯热源作用下的温度场三维模型,对不同参数下激光熔覆过程中的温度场进行动态模拟,确定工艺参数。结果熔池中心的温度随着激光功率的增大而增大,随着热源移动速度和光斑直径的增大而减小。温度过高时,熔覆层下塌且内部出现裂纹;温度过低时,熔覆层上有大量的金属颗粒且内部含有夹杂物。结论当功率为240 W、扫描速度为2.5 mm/s、光斑直径为0.6 mm时,熔池中心的温度约为1100℃,熔覆层与基体接触面的温度约为700℃。在此参数下得到了表面成形光滑且与基体结合紧密的致密熔覆层。     

激光熔化沉积Inconel718合金温度场及形貌的数值模拟

开展了光内同轴送粉的激光熔化沉积技术研究,建立光-粉-基板三者间相互作用的热源模型,并使用此模型对不同工艺条件下激光熔化沉积Inconel718合金单道进行数值模拟。模拟采用生死单元技术,通过改变单元材料属性及重启求解器来实现金属粉末到实体的转变。模拟结果表明:当扫描速度不变时,随着激光功率从500 W到1000 W,熔池逐渐变大,熔池最高温度从2494 K升高到3456 K,沉积单道的宽度和高度变大。当激光功率不变时,随着扫描速度从5 mm/s增加到15 mm/s,熔池最高温度从2494 K下降到2047 K,沉积单道的宽度和高度变小。模拟结果与实验结果基本相同,该模型具有较好的可靠性和重要的应用价值。     

Cr12MoV激光熔覆温度场的模拟与验证

为了验证熔池温度场在激光熔覆过程中的变化,利用有限元软件ANSYS建立激光熔覆过程的三维模型,采用移动基模高斯热源对温度场分布进行了动态模拟。分析了激光功率和扫描速度对试样熔覆层宏观形貌、表面硬度及组织的影响。结果表明,熔池呈拖尾状,靠近熔池前方等温线密集,温度梯度大。模型的模拟结果准确、可靠。     

TC4表面激光熔覆Ni60基涂层温度场热循环特性数值模拟研究

目的确定TC4钛合金激光熔覆的最优工艺参数,研究其热循环特性,分析激光熔覆温度对组织的影响规律。方法采用3D高斯热源,基于Sysweld软件平台,对TC4钛合金激光熔覆Ni60A-50%Cr3C2粉末过程进行数值模拟仿真,研究温度场云图及其热循环特性,模拟计算激光熔覆最高温度、加热速度和冷却速度,以及熔池最大深度和热影响区宽度,进行激光熔覆实验验证,结合熔覆层显微组织扫描电镜(SEM)图像,研究冷却速度对熔覆层组织的影响。结果由仿真可知,激光熔覆工艺参数中的光斑直径和送粉速度主要影响熔覆层的高度和宽度,对温度场分布起主要影响作用的是激光功率和扫描速度。激光功率为500 W,扫描速度为4 mm/s时,熔覆层区域熔化完全,与基体结合良好。激光熔覆最高温度为2700℃,最大加热速度约为2200℃/s,最大冷却速度约为1200℃/s,熔池最大深度在0.33~0.66 mm之间,热影响区宽度约为1.2 mm。模拟与实验得到的熔覆层截面形貌基本一致。不同冷却速度得到的熔覆层组织不同,随着冷却速度的降低,显微组织由短小的胞晶和树枝晶逐步转变为柱状晶、胞状晶和平面晶,最终形成淬火态的针状马氏体。结论最佳工艺参数为:激光功率500 W,扫描速度4 mm/s。冷却速度是影响熔覆层组织的重要因素,仿真模型的正确性及方法的可行性得到了实验验证。     

激光功率对DH36船用钢力学性能及强化机制的影响

目的 提高DH36船用钢表面力学性能及研究其强化机制。方法 采用不同激光功率对DH36船用钢表面进行激光重熔。随后使用OM、SEM、TEM、万能力学试验机和维氏硬度计研究了激光功率对DH36船用钢组织转变、析出相和力学性能的影响。利用Rosenthal模型计算出了熔池内的温度梯度、冷却速率和凝固速度。分析讨论了不同激光功率下重熔层内显微组织的转变过程。比较了不同激光功率作用后DH36船用钢的拉伸性能和显微硬度。结果 激光功率为1 500 W时,最大的屈服强度和抗拉强度分别为495.7 MPa和615.5MPa。重熔层内显微硬度沿z方向呈逐渐下降趋势,激光功率为1 000 W时,具有最大的硬度值448HV。随着激光重熔功率(P)的增加,熔池内的温度梯度的最大值(G_max)单调增加,而凝固速度的最大值(R_max)则与P无关。当v=10 mm/s时,激光重熔DH36钢的熔池内有R_max=0.098 3 m/s。在P=2 500 W时,熔池内有G_max=107 700 K/m。功率为1 000 W时,晶粒内...     

等离子枪体内部流场及温升的模拟分析

采用有限元模拟技术研究了多种等离子枪体内部的水流场和气流场。分析了等离子枪体的机构对水流速的影响以及对紊流形成的影响。并在此基础上,分析了在不同流场分布状态的条件下,等离子枪体内部的温度场形态,通过验算枪体关键部位的温升,发现在不改变冷却水流量的情况下,仅通过改变水道结构和入水方向,就可以使枪体的冷却效果得到明显的改善。该研究结果为等离子枪体的设计和结构优化提供了重要的参考数据。     

电解加工中磁场对电场分布的影响

探讨如何将磁场叠加到电解加工装置上，使间隙电场按有利于提高加工精度的方式分布，分别进行了静态和动态磁场的试验。测量、分析后发现，只有在叠加磁场方向垂直于电场方向且N极指向电场叠加磁场时，对电场均布有较明显的作用。     

钢基模具喷涂层温度场和应力场模拟分析

采用有限元分析软件计算不同时刻以及不同位置涂层内的温度场、应力场,分析电弧喷涂方法制造模具时的沉积过程.在建立传热模型过程中,采用在厚度方向以微小层逐层叠加来模拟涂层的增厚,并应用生死单元法逐层激活层单元参与计算过程,以模拟真实的喷涂沉积过程,获得了喷涂层内温度场、应力场的分布情况.并在此计算的基础上,分析了应力的分布对涂层失稳以及残余应力分布的影响,为模具尺寸设计和喷涂工艺制订提供了依据.     

激光穿透焊温度场及流动场的数值模拟

建立了复合热源作用下的激光穿透焊接熔池流动三维计算模型,热源由作用在激光表面的高斯热源以及沿激光入射方向的柱状热源组成,分别考虑了等离子体和小孔吸收机制。通过添加源项的办法解决了过渡区相变问题,从而将固态区和液态区组合一起求解,简化了固液边界条件的处理难度。通过TC1钛合金激光焊接试验验证了模型的正确性,计算所得的熔池截面与试验结果吻合良好。结果表明,Marangoni对流是形成激光穿透焊“沙漏”状熔池形貌的主要原因。     

稳恒磁场对多晶硅定向凝固结晶阶段流速场的影响

采用有限元Comsol 4.3a软件对多晶硅定向凝固结晶阶段3个时期（前期、中期、后期）坩埚内硅熔体的流速场进行数值模拟,并与不同磁场强度下的硅熔体流速场进行了对比分析。结果表明,硅熔体的平均流速随着结晶时间的延长而减小,从初期的38 μm/s减小到后期的16 μm/s,下降了57.89%。施加磁场后,硅熔体的平均流速随着磁场强度的增大而减小：结晶初期、中期和后期,硅熔体的平均流速分别减小了42.11%、58.59%和45.16%。结晶阶段3个时期分别施加磁场强度为0.6、0.4、0.2 T时,磁场对硅熔体的对流抑制作用最为明显。     

Monel-400合金环焊温度场和残余应力场的数值模拟

采用ANSYS大型通用有限元分析软件,利用APDL语言模拟计算了Monel-400合金环焊温度场.绘制出焊缝熔合线及其附近的热循环曲线,将热分析得到的节点温度作为体载荷进行应力场的数值模拟计算.结果表明:外表面节点x方向的应力刚开始时为拉应力,12s后转变为压应力,而中间节点和内表面节点x方向的应力始终为压应力,并大于...     

Stress induced magnetic field abnormality

Residual stresses in ferromagnetic material affect the direction and structure of domains and generate magnetic field abnormality on the surface.In the formation of stress induced magnetic field,the influence of geomagnetic field is unclear.Residual stress specimen was produced by tight matching of a round ring and a peg.The magnetic fields of contrast specimens,which were produced in geomagnetic field or in shielding geomagnetic field,were ingspected with 8mm lift-off.The results show that mean amplitude of magnetic field of the specimen produced in geomagnetic field is 0.85% larger than that of specimen produced in shielding geomagnetic field.So the formation of stress induced magnetic field abnormality above the surface of inspected ferromagnetic material geomagnetic field gives little contribution.     

铝合金点焊熔核流场及热场的有限元分析

根据计算流体力学与传热学原理 ,建立了描述铝合金电阻点焊液态熔核流动行为和传热过程的轴对称有限元模型。模型中考虑了移动边界层内部液态金属的对流传热和层外固体导热、材料热物理性能参数和接触电阻随温度的变化、焊件表面通过对流和辐射向周围环境的散热、球面电极传热以及熔化 /凝固相变潜热对熔核形成热过程的影响 ,并采用有限元法对铝合金点焊熔核形成过程温度场和流场分布进行了数值计算。计算结果表明 ,强烈的对流位于熔核中心沿轴线附近区域 ,其流速最大值数量级为1× 10 -1mm/s;在直流焊接条件下 ,5ms时间内开始形成液态熔核 ,并迅速沿轴向和径向扩展 ;回流环速度矢量将能量从熔核中心通过对流传热方式传递到熔核边缘 ,降低熔核内部温度梯度 ,促进熔核生长。试验表明 ,计算结果与实测值吻合良好     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头温度场及残余应力场的有限元模拟

根据搅拌摩擦焊特点及库伦摩擦做功理论,以厚度为6 mm的7075-T7351铝合金板材为研究对象,基于ANSYS有限元软件,建立了搅拌摩擦焊双热源三维有限元模型,研究不同转速、焊接速度对温度场及残余应力场的影响规律.结果表明,焊接过程峰值温度在500℃左右,接头最高温度出现在搅拌头后部大约5 mm处;接头残余应力以纵向残余应力为主,在垂直焊缝方向上呈M形分布,最大值约为150 MPa;当搅拌头转速一定时,随着焊接速度的增大,峰值温度减小,峰值纵向残余应力增大;当焊接速度一定时,温度随着转速的增大而增大,且转速越大,纵向残余应力分布越均匀.     

超薄大断面异型坯结晶器非对称流场和温度场的优化

建立0.7∶1的水力学试验模型优化水口结构来改善超薄大断面异型坯结晶器流场,并对实际生产工况下结晶器及其二冷段内钢液的三维流场和温度场进行了数值模拟。结果表明,现有直通型水口结晶器内流场分布极不对称,结晶器内各位置响应时间相差较大,造成结晶器内温度、成分等分布不均匀。优化后的三侧孔一底孔型水口浇铸有效地解决了结晶器各位置响应时间较长且不一致的问题,有效改善了单点直通型水口浇注时的严重不对称流场,浇注侧和非浇注侧的温度差异明显缩小,沿拉坯方向的温度变化也较为合理,有利于良好凝固坯壳的形成,为实际生产提供了指导。