激光金属沉积成形基板预热的研究

为了降低激光金属沉积成形过程中试样和基板间的温度梯度,减小和抑制成形过程的热应力,提高试样的成形质量,提出并设计了一种用于激光金属沉积成形的基板预热系统。该系统由基板预热器、智能比例微分积分控制器以及计算机串口温度采集反馈控制等3部分组成。利用自行研制的激光金属沉积成形设备和基板预热系统进行了成形实验。实验结果表明,基板预热可以改善试样的成形质量,降低成形过程的热应力。     

激光金属沉积成形过程中温度场的数值模拟

为了降低成形过程的热应力,根据有限元方法中的“单元生死”技术,利用APDL语言编程实现了对多道多层激光金属沉积成形过程三维温度场的数值模拟,再现了成形过程中温度场的动态变化,得到了成形过程中模型温度场及温度梯度的分布规律。结果表明,试样同一纵断面上各节点虽然被激活的时间不一样,但它们具有相似的温度变化规律;试样内的温度梯度主要沿z轴方向分布,基板内的温度梯度主要沿平行基板方向分布,具有明显的分层现象,熔池区的温度梯度非常大。在相同的工艺参数下,实际成形试样的扫描电镜照片与模拟结果吻合很好。     

扫描方式对激光金属沉积成形过程温度的影响

根据有限元中的"单元生死"技术,通过APDL(ANSYS Parametric Design Language)编程研究了沿长边平行往复、沿短边平行往复以及层间正交变向平行往复等扫描方式对整个成形过程温度的影响,详细探讨了各种扫描方式下温度的动态分布规律.在相同条件下,利用自行搭建的CCD比色熔池测量系统对成形过程的熔池温度进行采集.结果表明:通过CCD比色测温系统得到不同扫描方式下成形过程熔池区域的最高温度与数值模拟得到的基本相符,熔池区域的温度高低也与数值模拟得到的结果吻合.     

激光预热/流体冷却辅助激光金属沉积AISi10Mg成形

铝合金导热率高、激光吸收率低、热累积效应显著,难以稳定形成激光金属沉积(LMD).为实现自动精确预热、消除热累积、分析预热影响并提升AlSi10Mg铝合金LMD成形能力,采用光内送粉Ar送气保护式激光金属沉积技术,设计激光预热与流体冷却温控系统并建立预热与冷却温控模型,进行AlSi10Mg铝合金LMD成形实验研究,...     

激光预热/流体冷却辅助激光金属沉积AlSi10Mg成形

铝合金导热率高、激光吸收率低、热累积效应显著,难以稳定形成激光金属沉积（LMD）。为实现自动精确预热、消除热累积、分析预热影响并提升AlSi10Mg铝合金LMD成形能力,采用“光内送粉”Ar送气保护式激光金属沉积技术,设计激光预热与流体冷却温控系统并建立预热与冷却温控模型,进行AlSi10Mg 铝合金LMD成形实验研究,系统分析预热对激光吸收率、表面质量、截面形貌、温度场和材料组织性能的影响。结果表明:激光预热与流体冷却温控系统可实现精确预热并消除热累积,获得表面粗糙度Ra为2.6 μm的单熔道,实现AlSi10Mg搭接、块体和薄壁的高精高效稳定LMD成形。预热提高激光吸收率,使熔道扁平化,增大了晶粒尺寸。该辅助系统和方法能够有效解决铝合金LMD成形稳定性差的难题,为成形质量控制与熔池温控提供了新思路新工艺。     

激光弯曲成形温度场的有限元数值模拟

激光成形技术是以激光为热源加热金属板料,依靠内应力使板料弯曲成形。研究激光成形过程中弯曲角与各影响参数之间的关系,了解板料内部温度场的分布规律是尤为重要的。本文应用有限元方法对不同热源形式、激光参数、板料尺寸及冷却条件下的三维瞬态温度场进行了数值模拟,分析了各因素对激光成形温度场的影响特性,为进一步的应力应变分析打下基础。     

外载荷对激光弯曲成形影响的数值研究

为了研究外载荷对板材激光弯曲成形的影响,建立三种数值模拟工况:无外载荷作用下的激光弯曲成形、外载荷协同作用下的激光弯曲成形和外载荷作用后的激光弯曲成形,并采用顺序热应力耦合分析技术进行数值模拟。首先对板材模型进行传热分析获得瞬态温度场,然后将其导入三种模拟工况进行位移场的准静态分析。结果表明:施加朝向激光束工作面的弯矩能够有效提高板材的弯曲程度,其中外载荷作用后的模拟工况提高的效果最为显著;施加背向激光束工作面的弯矩会使板材发生反向弯曲,并在激光束终点的位置产生位移场的边界效应。     

基于VC＋＋的激光金属沉积成形过程温度采集

为了深入了解并控制成形过程中的温度分布,给出了激光金属沉积成形温度测量和采集系统的硬件组成似及标准串口通信软件设计流程图,通过在基材中预埋热电偶的方法,基于VC＋＋,利用RS-232／RS-485和Win32API函数实现了对激光金属沉积成形过程的温度采集。结果表明,通过该系统可以得到成形过程中基板内特定点的温度变化曲线,反映了成形过程成形零件的温度分布规律,从而为数值模拟提供边界条件和实验验证,具有一定的实际运用价值。     

衬底温度对PLD法制备的ZnO:Ga薄膜结构和性能的影响

利用脉冲激光沉积法在石英衬底上制备了镓掺杂氧化锌(ZnO:Ga)透明导电薄膜,研究了衬底温度对薄膜的结构、表面形貌和光电性能的影响.研究表明:制备的ZnO:Ga薄膜是具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜.随着衬底温度的增加,衍射峰明显增强,晶粒尺寸增大.当衬底温度为450℃时,薄膜的最低电阻率为8.5×10<'-4>Ω·cm,...     

应用ABAQUS模拟激光焊接温度场

为了减小焊接变形,优化焊接工艺,需要准确预测激光焊接过程中温度场的分布情况,使用有限元模拟来预测温度场的分布是一种较好的方法.通过分析和总结激光焊接过程有限元模拟和理论分析的研究现状,以平板的焊接为例,建立了物理模型,并利用ABAQUS进行了激光焊接三维温度场的有限元模拟,讨论了模型的网格划分、边界条件及其模拟结果的后处理.模拟结果可以给出试件上任意一点任意时刻的温度情况,在激光功率为2000W、焊接速度为20mm/s的参数下模拟焊接2mm厚的A3钢板.结果表明,最高温度为3100℃左右,距焊接中心横向mm处A点的最高温度为150℃左右,与相同参数条件下的实验结果基本一致,说明有限元模拟可以准确预测焊接过程的温度场分布情况.     

金属材料脉冲激光辐照瞬态温度场数值模拟研究

为了研究脉冲激光辐照金属材料时温度场的变化,采用有限元模拟软件对激光辐照材料的过程进行了模拟。得到了激光辐照过程中,材料表层及内部的瞬态温度场的变化情况。结果表明,在脉冲激光辐照金属材料过程中,激光热作用时间很短,热影响区仅限于激光光斑作用区域的材料表层。     

激光辐照铝材表面温度场特征演化的数值模拟

建立激光辐照铝材料的有限元分析模型,对材料表面的温度场进行数值模拟。研究了激光光束在对材料表面扫描过程中激光扫描速度、TEM00及TEM10两种理想模式的叠加比例η的取值、材料厚度等因素对扫描结果的影响。分析了在材料上所取的几个目标点的温度场变化情况。仿真结果表明扫描的速度快慢决定了材料表面可以吸收激光能量的多少,影响材料的最高温度;η的取值决定了激光光束的能量分布情况,η值越高激光光束能量越集中,在扫描过程中目标点的温度变化越剧烈;随着深度的增加,材料内部的温度的最高值逐渐降低,温度的升高趋势逐渐趋于平缓。     

激光强化温度场的数值模拟与校验

采用MSC.Marc非线性有限元软件,对激光强化过程中的温度场进行数值模拟,分析了能量密度的变化对激光强化效果的影响。通过温度传感器测量激光强化时材料表面温度的变化来验证数值模拟的结果。模拟值与实测值基本吻合。结果表明,数值模拟结果可作为激光加工工艺参数选择的依据。     

工艺参数对激光烧结铁粉温度场演变的影响

综合考虑金属粉末激光直接烧结的热流施加和材料高温下热学性能参数与温度关系的非线性,基于ANSYS平台建立了移动高斯热源作用下激光烧结的三维瞬态有限元温度场模型,利用APDL语言编制程序实现热源移动,同时考虑相变潜热对温度场的影响.重点分析了激光功率、扫描速度和预热温度这三个重要的工艺参数不同组合下温度场的分布规律及传热学行为.模拟结果与先前实验结果吻合较好,表明可以利用此模型进行工艺参数优化,并为后续的应力场分析做好准备.     

激光输能光电池温度场数值模拟

温升效应是影响激光输能光电转换效率的重要原因。为了分析温升效应对光电转换效率的影响,采用基于COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件和MATLAB软件联合仿真的数值模拟方法,建立了光电池的物理模型和热模型,得到了激光辐照时间、功率密度、光斑面积、入射角以及热辐射和热对流对温度场的影响结果。结果表明,2000W/m2激光功率密度辐照下,光电池温度随辐照时间先快速上升,20s后缓慢增加,100s达到热平衡态后温度稳定在343K;随着激光功率密度增大,电池温升速度越快,达到热平衡态时的温度值越高;激光光斑全部覆盖电池表面时,电池表面温度差值最小;入射角通过影响有效激光辐照功率密度来影响电池温升;热辐射和热对流对降低光电池温度十分有利;当激光入射角为0°、激光功率密度辐照约为2000W/m2、激光光斑面积近似为电池表面面积时,光电池能获得最佳的光电转换效率。可见对光电池温度场进行仿真分析为研究提高激光输能光电转换效率的方法提供了理论参考。