送粉式激光熔覆温度场有限元分析

采用有限元方法建立了送粉式激光熔覆过程温度场分析的数学模型，模拟了熔覆过程温度场的分布情况，模拟结果与试验结果基本吻合，表明可以采用此计算方法提供的初始温度值和非接触测量温度变化量来控制激光熔覆工艺参数。模拟结果发现，激光熔覆过程表现为急热急冷的特征；温度梯度较大，最大温度梯度出现在熔池附近和熔覆层与基体交界的边界处。     

能束能场增材再制造技术的研究进展

针对再制造工程在发展和应用中面临的挑战和需求,阐述了增材再制造技术的概念,探讨了基于激光、电子束、电弧的熔敷成形技术以及电弧-激光复合熔敷、电弧-磁场复合熔敷、激光-磁场复合熔敷、双激光复合锻打成形等技术的特点及应用,重点分析了纵向磁场对电弧温度场以及旋转磁场对激光熔敷层组织的影响。结果表明：电弧熔敷成形过程引入纵向磁场,电弧中心温度降低,电弧对基体的热影响减小;激光熔敷成形铝基非晶材料过程加入旋转磁场,有利于非晶相的形成和组织缺陷的减少,熔敷层的耐蚀性和力学性能提高。最后指出能束能场增材再制造技术的发展趋势是向多能束能场及后处理复合、再制造全过程智能化和装备集成移动式方向发展。     

激光熔覆熔池二维准稳态流场及温度场的数值模拟

本文建立了二维准稳态激光熔覆熔池流场及温度场的数值模型,除考虑对流换热外,模型还考虑了局部大变形自由表面．在贴体正交曲线坐标系下采用了非交错网格SIMPLE算法离散求解动量方程,计算出了激光熔覆熔池自由表面形状和温度场、速度场及局部特征凝团参.数值结果表明,表面张力温度系数和扫描速度μ0对熔池自由表面形状及熔池内温度分布、速度分布有重要影响．同时进行激光熔覆的工艺实验,实测枝晶二次臂间距（SDAD）的实验结果和数值结果吻合良好．     

多道激光熔覆温度场的有限元数值模拟

分析了激光熔覆过程中温度场的主要影响因素,在主要考虑边界条件和热源数据的基础上,建立了送粉式激光熔覆多道搭接情况下温度场的有限元计算模型,并对板材上搭接三道熔覆层的熔覆温度场进行了三维数值模拟,得到了每道熔覆层上中心点的温度变化规律.结果表明,在激光熔覆过程中每道熔覆层中心点上的温度随时间延长呈锯齿状变化,且每个中心点所能达到的最高温度并不相同.此外,搭接情况下,熔覆层中心点每次升温前的最低温度是随着熔覆顺序的进行而逐渐升高的,且升高趋势类似于抛物线.此计算结果合理,为研究应力场和应变场的变化规律打下基础.     

激光熔覆溶池二维准稳态流场及温度场的数值模拟

本文建立了二维准稳态激光熔覆熔池流场及温度场的数值模型,除考虑对流换热外,模型还考虑了局部大变形自由表面,在贴体正交曲线坐标系下采用了非正交错网格ＳＩＭＰＬＥ算法离散求解动量方程,计算出了激光熔覆熔池自由表面形状和温度场,速度场及局部特征凝固参数,数值结果表明,表面张力温度系数αγ／αＴ和扫描速率ｕ０对熔池自由表面形状及熔池内温度分布,速度分布有重要影响,同时进行激光熔覆的工艺实验,实测枝晶二次臂     

基于生死单元的激光熔覆温度场数值模拟

计算了不同激光功率条件下粉末粒子到达基体前的温升情况,并将粉末粒子到达基体前的温度作为初始条件,采用生死单元法对单道和多道激光熔覆温度场进行了研究.利用熔池尺寸和形貌,验证了模型的可靠性.结果表明,粉末粒子温升和激光功率呈线性关系,单道熔覆层的温度变化呈一个锯齿状,升温过程近似呈直线上升,降温曲线近似呈双曲线的一支,而多道熔覆过程中,温度场呈后拖的偏椭圆状.节点上的热循环经过逐渐增大的峰值,峰值温度最终趋于稳态.     

数值计算与实验法相结合估定激光条件下原位反应的温度

用实验法获得了激光熔覆反应合成TiCp／Al复合材料过程激光突然停止时刻的显微组织；在已开发的激光表面熔凝过程三维瞬态温度场和流场模拟程序的基础上。考虑了激光熔覆反应过程的特点。用试错法改变原位反应各自的反应温度并依此温度分别将反应热对温度场的影响计人数值计算，将计算得到的温度与激光突然停止试验组织状态图的位置线进行比较，估定出了不同原位反应的发生温度；以不同参数进行工艺试验并进行模拟计算，比较熔覆层与基体界面结合处的金相组织和模拟计算温度对应的情况，验证了估定温度的可靠性；激光熔覆条件下原位反应温度的确定。为合理选择加工参数并优化工艺提供了参考依据。     

6061铝合金表面激光熔覆温度场的模拟与验证

根据激光熔覆的特点,建立了移动激光高斯热源作用下三维激光熔覆温度场的计算模型,利用有限元软件ANSYS对温度场分布进行了动态模拟.结果表明,激光熔覆温度场模拟等温线呈椭圆形,在移动热源的前方等温线密集,温度梯度较大,热源后方的等温线稀疏,温度梯度较小.采用高功率连续波Nd:YAG激光在6061铝合金表面激光熔覆SiC陶瓷粉末,形成SiCp/Al金属基复合材料改性层,熔覆层除含有Al,SiC之外,还含有少量的Al4C3,Al4SiC4相,通过熔覆层组织形貌观察及相结构分析验证了模拟结果的准确性和可靠性,为陶瓷-金属基复合材料激光熔覆工艺参数的优化提供了理论依据.     

激光熔覆过程热力耦合有限元温度场分析

根据激光熔覆的特点，建立了激光熔覆温度场分析模型，对送粉激光熔覆过程温度场进行了有限元分析。分析结果表明，熔覆层最高温度与激光功率、基体预热温度成正比例关系，而最大冷却速率与激光功率、基体预热温度成反比例关系。提高基体预热温度对降低熔点处材料冷却速率效果显著，而提高激光功率对降低熔点处材料冷却速率有一定作用，但效果并不明显。     

激光熔覆三维温度场数值模型的建立与验证

综合考虑了激光熔覆热液施加，材料传热两方面的自身特点，建立了合理的激光熔覆数值模型，利用有限元法，通过计算模拟，结果表明：所得激光熔覆温度场模拟结果与实际测量情况吻合良好，从而证明了本文数值模型的正确性，为今后各种参数下激光熔覆的温度场模拟提供了一理论基础。     

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。     

激光熔覆熔池温度场及流场数值模拟研究进展

简述了激光熔覆熔池的受力,包括表面张力、黏性剪力、重力以及保护气压力等,并从组织生长和熔池流淌对熔覆层的形成机理作了简要分析。同时,对激光熔覆仿真模拟中采用的不同热源模型的能量分布规律和方程进行了归纳,包括表面高斯热源、表面环形热源、高斯体热源、椭圆球热源、组合体热源等。在此基础上,分类评述了近年来国内外激光熔覆熔池温度场及流场的数值模拟方面的研究进展,并分析了各种热源模型的优势及不足,总结了不同热源的适用环境及获得的温度场、流场分布规律。此外,对熔池自由液面的研究方法进行了总结,归纳了温度场流场数值模拟模型的验证方法。同时,针对激光熔覆熔池数值模拟研究存在的问题,分别从数值模型、边界条件等方面进行了归纳,最后对其未来的发展方向进行了展望。     

激光熔覆数值模拟过程中的热源模型

综述了几种可用于激光熔覆过程中温度场和应力场数值模拟的热源计算模型,并对其进行分析比较.指出采用有限元法,利用计算软件来实现熔覆过程中热源的添加是目前常用的优选方法.在此基础上考虑到粉末、基体、光源三者的相互作用提出了新的激光熔覆热源计算模型.关于激光熔覆热源模型的探讨为建立更加准确的激光熔覆计算模型,深入研究熔覆过程中的应力场与变形场提供帮助.     

激光熔覆数值模拟过程中的热源模型

综述了几种可用于激光熔覆过程中温度场和应力场数值模拟的热源计算模型，并对其进行分析比较。指出采用有限元法，利用计算软件来实现熔覆过程中热源的添加是目前常用的优选方法。在此基础上考虑到粉末、基体、光源三者的相互作用提出了新的激光熔覆热源计算模型。关于激光熔覆热源模型的探讨为建立更加准确的激光熔覆计算模型，深入研究熔覆过程中的应力场与变形场提供帮助。     

表面织构对模具钢激光熔覆层性能的影响分析

目的 减少激光熔覆过程中产生较大的应力和裂纹的现象,提高激光熔覆后模具钢的抗疲劳性能,延长其使用寿命.方法 选取激光功率(800、1000、1200 W)、扫描速度(5、10、20 mm/s)、光斑半径(0.5、0.75、1 mm)作为激光熔覆模拟因素,以残余应力为主要试验指标,进行三因素三水平正交模拟试验,并对试验结果进行信噪比及极差分析,确定最优熔覆参数.在最优熔覆参数下,进行预置织构及无织构的激光熔覆模拟,对比分析两次模拟的熔覆层温度及残余应力分布.在最优参数下进行熔覆加工,验证有效性.结果 正交模拟试验得出最优熔覆参数为:激光功率800 W,扫描速度20 mm/s,光斑半径1 mm.得到最小残余应力平均值为360 MPa.此外,激光功率对残余应力的影响最为显著,其次是光斑半径,对残余应力影响最小的是扫描速度.在最优熔覆参数下,对预制织构的模型进行激光熔覆模拟,得出残余应力平均值为149 MPa.相比较于无织构熔覆模拟,预置织构熔覆模拟的平均应力值降低了大约58.56％.对无织构和有织构模具钢表面进行激光熔覆加工,测量残余应力,验证了该方法的有效性.结论 通过在基体预置表面织构的方法,在保证熔覆温度的前提下,降低了残余应力,最终能达到降低残余应力、减少裂纹产生的目的.     

高温合金激光熔覆过程温度场的数值模拟

在考虑高温合金K417G相变潜热、热物性参数随温度变化、对流与辐射总的换热系数随温度变化的条件下，采用有限元软件ANSYS建立了高温合金激光熔覆动态三维温度场模型。结果表明：在激光熔覆的初始阶段和最后阶段温度迅速上升，中间阶段各个节点有基本相同的热循环曲线，只是时间的先后不同；沿激光束扫描方向和与扫描方向垂直的方向都存在极大的温度梯度，温度梯度的存在引起较大的热应力，而热应力的存在是激光熔覆过程易产生裂纹的主要原因。