工艺参数对316不锈钢粉末激光烧结温度场的影响

以有限元分析软件ANSYS为平台,对316不锈钢粉末激光烧结温度场分布进行了数值模拟.在考虑了材料的热物性参数随温度变化以及相变潜热等非线性情况下,建立了选择性激光烧结(SLS)三维有限元模型,利用ANSYS参数化设计语言APDL控制激光热源的热流密度、移动速度以及扫描路径,研究了工艺参数(激光功率、扫描速度、预热温度)对316不锈钢金属粉末成型过程中熔池及温度场分布产生的影响.模拟结果与前人文献实验结果相吻合,表明可以利用本模型对工艺参数进行优化,为实验工艺参数选取提供了理论依据.     

成形路径对金属激光立体成形过程热及应力影响的有限元分析

针对金属激光立体成形建立了温度场/应力场瞬态3D有限元分析模型。以304L不锈钢薄板多道单层成形为研究对象,对比分析了光栅式、轮廓偏置式及Hilbert分形式3种成形路径对成形件温度场、应力及变形的影响。结果表明,成形件的温度梯度及等效应力在成形过程中呈减小趋势。在成形过程中,Hilbert分形扫描产生的瞬时温度梯度及等效应力最小。成形结束后,基板上表面在激光最终扫描位置残余拉应力较高。光栅式扫描所产生的应力最大,基板变形最小,Hilbert分形扫描残余应力小而变形较大。     

GGLS法在选区激光烧结数值模拟中的应用

为准确模拟选区激光烧结过程中的温度场,有效预测零件的热应力和变形,在经典Galerkin有限元法推导选区激光烧结过程的三维温度场计算模型基础上,提出了Galerkin Gradient Least-Squares(GGLS)稳定有限元法的三维温度场计算模型,分别采用两种方法模拟了激光烧结过程中的温度场分布.模拟结果表明...     

镍基结合剂选区激光烧结制备砂轮过程温度场模拟

利用有限元分析软件ANSYS编制了一种新的非线性计算方法,对砂轮烧结制备中的温度场进行了模拟。仿真结果表明:熔池最高温度随扫描的进行逐渐升高,激光功率越大和扫描速度越小,熔池的温度越高,熔池的深度越深,在多道烧结中由于热量的积累导致烧结温度过高(超过了1550℃),为防止CBN转变为HBN,可以采用逐道降功率的方式降低熔池温度。进行了选区激光烧结试验,试验测温与模拟温度吻合,表明此仿真模型可以较好地模拟砂轮制备中温度场的动态分布,有助于试验参数的选择。     

直接激光金属烧结工艺参数优化数学模型的分析

从激光系统、扫描系统和粉末系统对直接激光金属烧结参数进行了分析.数值模拟了金属粉末烧结温度场,并采用相场法模拟了熔池凝固过程,建立了激光烧结枝晶生长三维相场方程,为优化烧结参数而获得理想组织和性能的烧结件提供理论基础.     

选择性激光熔化中基于最小能量理论的参数优化研究

为了减小选择性激光熔化过程中的能量消耗,建立三维瞬态温度场模型,设置激光功率为2000W、光斑半径为4mm、扫描速度30mm/s;对单烧结道截面温度场进行研究,经过ANSYS仿真和MATLAB分析得到温度在径向深度方向呈高斯分布、径向宽度方向呈指数分布规律,在保证成型件质量的前提下结合最小能耗原则得出扫描间距为1.3mm;最后通过双烧结道的温度场模拟验证扫描间距设置的合理性,并通过相邻烧结道熔池截面模型确定铺粉层高为0.17mm,为选择性激光熔化过程中考虑能量消耗条件下的工艺参数优化提供了一种方法。     

基于分形扫描的TC4合金激光立体成形研究

对分形扫描方式在TC4合金激光立体成形中的应用展开实验研究,探讨了分形扫描路径的成形特点,研究了激光立体成形工艺参数(激光功率、搭接率等)对TC4合金成形质量的影响,提出了分形扫描方式下消除熔合不良和孔洞的方法.研究发现,分形扫描方式下,TC4合金成形的主要缺陷为熔合不良和孔洞,其主要原因是分形路径拐弯处的沉积高度大于直线扫描时的沉积高度,从而使成形表面出现凹点;且随着激光功率的增加、搭接率的提高,TC4合金成形件的熔合不良和孔洞缺陷有所缓解,但是仍较明显.根据上述研究结论和分形扫描方式的成形特点,提出了"半光斑抖动"策略,即每层扫描起始点沿x、y方向偏移半个激光光斑,从而使上下两个沉积层形成的凹凸点相互叠加,有效地防止了成形表面质量的恶化.     

路径设置对304不锈钢激光熔覆温度场及应力应变场的影响

利用SYSWELD软件对304不锈钢激光熔覆成形过程的温度场及应力-应变场进行数值模拟。在304不锈钢基板材料上熔覆钴基合金,模拟铺粉式单层多道搭接激光熔覆成形在不同扫描路径下的温度场及应力-应变场的变化情况,从而优化激光熔覆工艺参数。结果表明,在相同熔覆工艺参数的情况下,以平行线扫描方式中的长边螺旋扫描路径进行激光熔覆时,产生的热影响区、残余应力、曲翘变形等相对较小,温度梯度及整体位移量也很小,使激光熔覆的工艺性能得到改善。     

基于分形曲线的分区扫描策略对激光熔化沉积基板变形的影响

目的 研究新型扫描策略,减小激光熔化沉积过程中基材的变形。方法 首先,采用分形曲线作为全域扫描策略,通过激光熔化沉积试验研究了1种传统扫描策略与3种分形扫描策略的基板变形。其次,提出将分形扫描策略和分区扫描策略相结合,按照分形曲线的走向扫描各个分区,形成基于分形曲线的分区扫描策略,通过激光熔化沉积试验研究了1种传统分区扫描策略与3种基于分形曲线的分区扫描策略的基板变形。结果 无论是全域扫描还是分区扫描,基板的4条边均发生了竖直向上的翘曲变形。在扫描路径的终点附近,基板的变形量最大。全域扫描策略下,基板的最大变形量分别为：光栅式扫描7.5mm,Peano曲线3.3 mm,Sierpinski曲线2.5 mm,Lebesgue曲线3.8 mm。分区扫描策略下,基板的最大变形量分别为：光栅式顺序7.5 mm,Hilbert曲线顺序3.5 mm,Sierpinski曲线顺序3.2 mm,Lebesgue曲线顺序5.4 mm。结论 基于分形曲线的分区扫描策略可以显著减小基板变形,还可以灵活地调节扫描线段的方向和数量,在综合考虑扫描线设计的灵活性和变形量的情况下,基于Sierpinski曲线的分区...     

直接金属烧结过程中温度场的有限元分析

建立直接金属烧结温度场的有限元模型,将辐射热、有效热传导率及材料属性随温度而变化等因素均考虑在内,运用ANSYS软件对烧结功率、激光束直径、烧结时间和间隔时间等激光发生装置的一些相关参数进行研究,并分析了对烧结层非均匀温度场分布的影响。结果表明,温度会随激光束半径的增加而增加,但当烧结半径达到0.10 mm之后,温度会随烧结半径的增加而减少;温度会随烧结时间的延长而增加,而随间隔时间的延长而降低;温度会随扫描间距的增加而降低。     

基于纳秒激光的金属薄膜微加工技术分析与实验研究

针对金属薄膜加工中材料热变形大、加工质量差等问题,提出基于纳秒激光的微加工技术。对激光加工汽化机制及热传导理论进行分析;以铝箔为例建立ABAQUS本构模型,对其热变形规律进行仿真分析;基于纳秒激光实验台对钛合金薄膜进行刻划实验,研究不同加工参数对工件表面质量的影响规律。结果表明:在激光加载初期,脉冲激光对材料汽化作用较为明显;随着激光加载时间的延长,热影响区域逐渐增大;沟槽深度随着热源移动速度的增加而逐渐降低,随着激光功率的增加而逐渐变大;仿真和实验结果的平均误差不超过5%。研究结果有助于纳秒激光加工技术的发展。     

FEM SIMULATION FOR LASER FORMING PROCESSING

Laser forming involves heating sheet metal workpiece along a certain path with a defocused laser beam directed irradiate to the surface. During laser forming, a transient temperature fields is caused by the irradiation and travelling of a laser beam. Consequently, thermal expansion and contraction take place, and allows the thermalmechanical forming of complex shapes. This is a new manufacturing technique that forming metal sheet only by thermal stress. Therefore, the analysis of temperature fields and stress fields are very useful for studying the forming mechanism and controlling the accuracy of laser forming. The non-liner finite element solver, MARC, is employed to solve the thermal-mechanical analysis. Using this model, the stress and strain distribution of pure aluminum plate with different thickness are analyzed. The influence of scanning speed on temperature fields and plastic strain of metal sheet under the condition of constant line energy are also presented. Numerical results agree well with the exT~erimental results.     

智能车路径识别及控制策略的研究

以"飞思卡尔杯"智能车比赛为应用平台,以微控制器MC9s12xs128为核心单元,设计一套通过激光传感器实现路径识别的智能寻迹小车系统,利用模糊算法和过滤处理找出路径位置和方向,采用PD控制策略对小车运行进行控制。硬件设计包括信号调理电路、电源和电机驱动的设计等。实验结果证明,按该方案设计的智能车能够快速稳定运行。     

激光焊接热循环的试验分析

在标定测试的基础上,利用最小二乘法拟合得到了热电偶的热电特性方程.通过设计焊接绝缘夹具及补偿温度测量值的动态误差,试验得到焊缝热影响区的实际热循环曲线.将高温等离子体简化为点热源,薄板焊接时的热源简化为线热源,采用叠加原理建立激光焊接高强度钢板的热循环数学模型后,对模型进行解析计算,获得了热影响区的理论热循环曲线.通过实测热循环曲线与理论曲线的对比、实际焊缝宽度与理论焊缝宽度的验证后认为,点线热源模型能反映激光焊接高强度钢板的热循环过程,为激光焊接的深入研究奠定了基础.     

曲面塑料模具激光熔覆再制造快速加工路径生成方法

对于曲面塑料模具,在其表面快速生成激光熔覆加工路径非常困难。针对这种情况,直接以零件的逆向点云模型为研究对象,通过平面与点云求交得到以密集离散点表示的近似激光扫描路径,避免了反求建模的过程。以离焦量变化极限为约束条件,在路径上搜索插补点。提出利用插补点的最近点来计算插补点曲面法向矢量作为激光束姿态的近似快速算法。应用镍基自熔性合金粉对P20材质的模具零件曲面表面进行了试验。金相分析表明所形成熔覆层组织均匀、致密,缺陷稀少;熔覆层与基体之间形成冶金结合。熔覆层中部组织出现了垂直于界面生长的柱状树枝晶,而在顶部许多的柱状树枝晶发育成等轴树枝晶。熔覆层的平均显微硬度达到330~350 HV0.2。路径中段的熔覆层厚度比起始点增加了10%。     

Computer-Aided Planning of Laser Scanning of Complex Geometries

A computer-aided planning method for laser scanning based on the CAD model has been developed. It integrates three planning criteria, visibility, accuracy, and efficiency and detects deep concave features that would be more suitable for CMM probing. Clustering, based on the view angle and depth of view, is used to plan an optimal scanner placement and motion path. Simulation studies on complex auto-parts demonstrate the effectiveness of the generated plans. The integration of the scanning plan with CMM controls was also demonstrated. The benefits of the CAD-based automated laser inspection planning have been demonstrated.     

Laser surface modification of AISI 410 stainless steel with brass for enhanced thermal properties

Brass coating was applied to AISI410 steel using high power laser in a laser engineered net shaping (LENS™) system. The influence of laser treatment on interfacial microstructure and thermal performance was evaluated as a function of coating thickness. Laser deposition resulted in a diffused and metallurgically sound interface between metallurgically incompatible brass coating and AISI410 steel substrate. The thermal conductivity of AISI410 steel increased from 27 W/mK to a maximum of 37 W/mK depending on the coating thickness, almost 50% gain. The absence of sharp interface between the coating and the substrate, as a result of laser processing, resulted in a low interfacial thermal contact resistance. Thermal performance tests showed that the brass coating can enhance the heat transfer rate of stainless steel substrate. These results show that novel and efficient feature based coatings can be exploited using laser-based advanced manufacturing technologies for various industrial applications.     

Welded seam 3D calculation and seam location for welding robot system

Abstract

Using laser scanning techniques, scanning lens rotating around a laser diode and a circular laser trajectory was projected onto the surface of a weldment to detect it. Furthermore, one novel vision sensor based on the circular laser is developed. The three-dimensional (3D), circular laser based seam location sensor is investigated. On the basis of the light path system, 3D calculation algorithm is brought forward and used to locate the welded joint. After image denoise, filter, segmentation and thinning, characteristic points of the welded joint could be detected real time using a proposed vision sensor and confirmed by real experiments of butt welded joints with I groove and V groove, and lap, and fillet and ramp welded joints. The results show that circular laser based vision sensor can be used in seam locating and its calculation precision meets the requirement of seam tracking.     

基于Labview的激光焊接多点热循环曲线测量技术研究

测量焊接过程的热循环循环曲线对于进行焊接冶金分析和应力分析意义重大。由于激光焊接近缝区温度变化极快,且热源快速移动,对测量的仪器和系统提出了很高的要求。基于Labview软件和USB数据采集卡,选用高精度、快速响应热电偶,建立了激光焊接接触式测温系统。实现了冷端温度的实时补偿和激光焊接过程中多点热循环曲线的测量,系统能满足激光焊接热过程快速响应的要求,获得了准确的测量结果。     

航天电子产品焊点缺陷的热仿真与试验

推导了恒定激光脉冲激励作用下的焊点瞬态热平衡方程,及基于极限温差反问题识别的缺陷尺寸及热阻解析求解方法;通过建立空洞缺陷焊点数字化模型,对恒定激光脉冲激励过程进行了热分析仿真,得到了焊点温差、热阻及缺陷尺寸之间的演化规律;通过制备虚焊缺陷焊点试验样本,实施了不同温度参数组合下的热试验,并对热试验后的焊点缺陷演化情况进行红外测温分析.试验结果表明,热试验过程中的焊点缺陷演化机理具有与金属材料蠕变曲线相似的变化规律,缺陷尺寸呈现先增大、后减小及再增大的变化行为,有助于完善和补充焊点的热试验理论.