基于有限元的激光熔覆温度场分析

采用Ansys有限元软件对激光熔覆Ni60合金过程中热量传递及温度分布进行模拟,在分析过程中采用三维单元,并考虑了材料热物性的非线性特征及对流和辐射的边界条件,建立了有限元模型,得出了熔覆过程中试样表面、端面的温度分布模拟图,分析了激光熔覆工艺参数对试样表面温度场的影响,为制作高性能的耐磨表面合金层选择熔覆工艺参数等提供了依据.     

多道送粉式激光熔覆温度场的有限元分析

根据激光熔覆的特点, 建立了激光熔覆温度场分析的模型, 对多道送粉式激光熔覆过程的温 度场进行了有限元分析.在分析过程中, 激光热源模型为可移动的高斯热源, 该模型适合熔覆层厚 度不大的情况.并采用“单元生死法”来模拟激光熔覆过程中激光粉末不断被熔覆的过程.结合以上 分析过程, 我们利用ANSYS 有限元分析软件来编写一段相应的APDL 命令流, 运行命令流后, 通 过ANSYS 后处理器便可查看相应的计算结果.分析结果表明:每一道中各步的中心点温度的峰值 基本上相等, 并且热循环曲线相似, 只是在时间上有延迟.后一道各步中心点的温度峰值比前一道 各步的要高, 但是这种增值的幅度越来越小.     

等离子束熔覆铁基合金温度场的数值模拟

采用等离子束在Q235钢基体上熔覆了铁基合金涂层,分析了熔覆过程中温度场的主要影响因素,在考虑边界条件、热源模型、材料非线性的基础上,建立了等离子束熔覆的温度场有限元模型,得到了熔覆层上温度变化规律.分析结果表明：等离子束熔覆温度场呈椭圆形,最高温度达到1 988℃,与试验结果基本符合.     

直接金属选区激光多道烧结温度场有限元模拟

局部输入的集中移动激光热源势必造成直接金属选区激光烧结过程中温度场分布不均匀、不稳定。研究多道激光烧结对掌握烧结过程中温度场动态分布及不同烧结道的相互影响规律具有重要意义。在考虑随温度变化而变化的热传导、比热容等热物性参数的作用下，建立直接金属多道烧结的三维温度场有限元模型。采用ANSYS参数化设计语言模拟多道烧结的热源移动，用焓处理相变潜热的影响。模拟结果显示：随着烧结过程的进行，随后的烧结道具有越来越大的热影响区域，且热影响区域的不均衡性越来越明显；极大的温度梯度发生在激光束扫描方向改变时的烧结件边沿区域。模拟结果的最高温度、平均温度与先前的实验结果一致。     

激光熔覆数值模拟技术发展现状及应用

激光熔覆技术作为一种先进材料制造及表面改性技术,近年来在金属材料领域一直被国内外广泛研究和应用。由于激光熔覆过程很快,对激光熔覆的研究很多采用数值模拟的方法进行辅助。本文分别介绍了温度场模拟、应力场模拟及流场数值模拟技术的国内外研究现状及应用,总结并分析目前激光熔覆数值模拟技术研究中存在的问题,并展望了激光熔覆模拟技术在未来的发展趋势。     

6061-T6铝合金光纤激光焊接的数值模拟和实验

为了解决铝合金对接接头光纤激光焊的质量问题,采用热弹塑性有限元技术模拟焊接过程中的试样温度和应力变化,研究试样瞬态温度场和应力场变化规律及其分布特征,探讨激光功率和焊接速度对焊接质量的影响规律。实验采用的激光焊接系统,可实现快速预热并在充满氮气的密封腔中完成焊接过程。实验选取数值模拟确定的激光功率和焊接速度值,焊接完成2 mm厚6061-T6铝合金板对接接头。光纤激光焊接头的上下表面焊缝形貌平整连续,拉伸疲劳断口位于焊缝一侧的热影响区(HAZ)。模拟结果为光纤激光焊的机理研究和优化光纤激光焊接工艺提供了支持。     

基于铝合金的激光熔覆技术研究

介绍了铝合金表面激光熔覆工艺的研究,其中包括铝合金的熔覆方法、熔覆材料、工艺参数对铝合金熔覆层的影响、铝合金表面激光熔覆强化层的微观组织和性能,提出了铝合金表面激光熔覆层存在的问题及改进方法,并概括了激光熔覆技术在铝合金上的应用现状及未来的发展趋向。     

激光表面熔覆在机车受电弓滑板材料中的应用

铝合金激光表面熔覆可以获得兼有铝合金材料特性和功能合金粉末特性的材料，通过铝合金熔覆方法和结果讨论，论述了铝合金激光熔覆技术在受电弓滑板中应用的可行性及开发方法，为受电弓材料选择提供一种新的思路。     

搅拌摩擦点焊瞬态输入组合热源模型

为得出搅拌摩擦点焊瞬态温度场,依据摩擦学原理,建立了由均布面热源与双椭球体热源耦合的新型组合热源模型,并同时考虑搅拌针正压力与材料属性的瞬时变化。采用ABAQUS有限元软件对2 mm厚6061-T6铝合金板材搅拌摩擦点焊(FSSW)下压、停留、冷却三个阶段的温度场瞬态变化进行了数值模拟,并用焊接热循环测定实验验证了新型组合热源模型的准确性。研究了转速对于温度场的影响规律,并分析得出搅拌摩擦焊接不发生相变的机理为温度通过材料屈服应力的变化实现的负反馈调节。此新型热源模型为研究FSSW全过程温度瞬时变化及焊点成形提供了理论支持。     

ANSYS数值模拟激光熔覆Ni/SiC工艺参数优化

针对修复模具表面失效的问题,采用数值模拟技术对激光熔覆Ni/SiC过程进行参数优化。建立了以不同激光电流、扫描速度及离焦量作为优化工艺参数的有限元分析模型,进行激光熔覆仿真分析,通过改变工艺参数的大小对温度场和应力场进行研究。结果表明：温度和残余应力都随激光电流的增大而升高,且它们都随着扫描速度和离焦量的增大而减小。其中,激光电流、离焦量对温度场的影响比扫描速度明显;离焦量对应力场的影响比激光电流和扫描速度明显。经应力场实验验证,最终实验结果与应力场模拟结果的横向残余应力最高处相差76 MPa,纵向残余应力最高处相差86 MPa。实验结果与应力场模拟结果仅存在细微误差,且误差在合理范围内,证明了模拟结果的正确性。对激光熔覆工艺参数进行优化,优化后的工艺参数为：激光电流120 A,扫描速度为60 mm/min,离焦量为50 mm。     

激光熔覆Co基合金应力场的数值模拟

为了分析co基合金熔覆过程的应力场,建立了激光熔覆预置co基合金粉末过程的三维模型,考虑温度变化对热物理参数的影响以及表面对流换热和辐射散热等影响因素,使用SYSWELD软件分析了激光熔覆过程中的应力场,并进行了试验验证。结果表明：通过比较分析扫描速度为5mm／s的涂层获得良好的冶金结合;工件残余应力均为拉应力,且最大值出现在z向距表面约2mm处,最大变形量出现在工件的边缘位置;随扫描速度的增加,工件的残余应力和变形均明显减小,这说明在其它工艺参数一定的前提下,适当降低扫描速度,能有效减小熔覆层的应力集中,获得质量优异的涂层。模拟结果为激光熔覆过程的工业化提供了理论依据。     

Microstructure and Wear Behaviour of Laser-Induced Thermite Reaction Al2O3 Ceramic Coatings on Pure Aluminum and AA7075 Aluminum Alloy

Wear-resistant laser-induced thermite reaction Al_2O_3 ceramic coatings can be fabricated on pure Al and AA7075 aluminum alloy by laser cladding(one-step method)and laser cladding followed by laser re-melting(two-step method)using mixed powders CuO-Al-SiO_2 in order to improve the wear properties of aluminum and aluminum alloy,respectively.The microstructure of the coatings was characterized by scanning electron microscopy(SEM)and X-ray diffraction(XRD).The wear resistance of the coatings was evaluated under dry sliding wear test condition at room temperature.Owing to the presence of hardα-Al_2O_3 andγ-Al_2O_3 phases,the coatings exhibited excellent wear resistance.In addition,the wear resistance of the coatings fabricated by two-step method is superior to that of the coatings fabricated by one-step method.     

铝合金T型接头双激光束双侧同步焊接温度场模拟

为了掌握双激光束双侧同步焊接工艺特性并得到最优焊接工艺匹配参数,对由铝合金6156底板与6056桁条组成的T型焊接接头进行了有限元数值模拟和试验研究.在改进以往激光热源模型的基础上,模拟分析了不同工艺参数匹配条件下的激光焊接过程,获得了实际可行的工艺参数范围.同时研究了焊接功率和焊接速度对熔池形状的影响规律,结果表明:焊接功率和焊接速度对焊缝成形具有重要影响,且熔池形状的模拟结果与试验结果吻合良好.最终获得了最佳的焊接工艺参数,为大型客机铝合金壁板的双激光束双侧同步焊接提供了理论指导.     

20#钢表面镍基添Y2O3激光熔覆层及其高温磨损行为

采用激光熔覆法,在20#钢表面制备出添Y2O3的镍基合金粉末的熔覆涂层．分析了熔覆层的相组成、高温耐磨性能;观察了熔覆层显微形貌．结果表明：所制得的熔覆层组织均一、致密,与基体形成了良好的冶金结合．添加Y2O3的熔覆层硬度提高到基体的3．9倍,高温耐磨率仅是基体的1／4．熔覆层耐磨能力增强的主要原因是熔覆层与基体良好的冶金结合,镍基合金良好性能,组织细化以及硼化物、硼碳化物等析出相的强化作用．     

6061铝合金铣削工艺参数多目标优化

铝合金加工工艺参数的选择是影响铝合金零件加工效率和加工质量、降低制造成本、提高设备使用寿命的关键因素。以6061铝合金为研究对象,对铝合金铣削工艺参数多目标优化进行了研究。以主轴转速、进给速度、轴向进给量、径向进给量和刀具直径为实验因素,进行了五因素五水平铣削正交实验,采用遗传算法优化的反向传播神经网络预测模型建立铣削参数与表面粗糙度之间的非线性关系。在此基础上,建立了以材料去除率和加工表面粗糙度为优化目标的多目标铣削参数优化模型,使用基于NSGA-II算法开发的gamultiobj函数对优化模型进行求解。结果表明,优化后的6061铝合金高速铣削工艺参数范围为主轴转速12 000~13 000 r·min^-1,径向进给量0.19~0.21 mm,进给速度1272~1300 mm·min^-1,轴向进给量6~8 mm,刀具直径4 mm。     

挤压比对6061铝合金耐腐蚀性能的影响

采用失重法、极化曲线探讨了不同挤压比下6061铝合金在不同环境下的耐腐蚀性能,利用光学显微镜、SEM观察铝合金的显微组织。结果表明:随着挤压比(=18、23、25)的增大,6061铝合金晶粒得到明显细化,经过阳极氧化处理后,铝合金表面形成的阳极氧化膜厚度随着挤压比增大而增加。在3%HCl溶液中,未经阳极氧化处理的铝合金,其耐腐蚀性能随着挤压比的增大而提高;而经过阳极氧化处理后,铝合金表面形成的阳极氧化膜在大的挤压比下更容易破损,耐腐蚀性能反而降低。在3.5%NaCl溶液中,未经阳极氧化处理的铝合金,其耐腐蚀性能随着挤压比增大而降低;经过阳极氧化处理后,挤压比越大,形成的阳极氧化膜越厚,对Cl-的阻挡作用就越明显,耐腐蚀性能也越好。     

激光切割筛管中的温度场与热影响区研究

在求解温度场的数学模型时,采用了更接近实际状况的变物性非线性热传导方程.应用有限元法,数值求解了激光切割这种高能流密度、移动点热源所形成的非稳态温度场,得到了激光切割石油筛管过程的传热规律.结果表明:激光切割石油筛管的过程是在热源附近形成一个准稳定高温区,即对于以热源中心为原点的移动坐标系,该温度区内的温度不随时间而变化,并且不同输出功率的热影响区不同.     

Monel-400合金板焊接温度场有限元分析

利用ANSYS有限元分析软件,根据钨极氩弧焊焊接特点,建立了高斯衰减热源模型,并在一定厚度、一定焊接工艺条件下对Monel-400合金板焊接温度场进行了模拟计算。模拟结果分析得到：利用高斯旋转热源在焊接过程中形成了长度为12 mm,宽度为7 mm,深度为5 mm的熔池。熔池上表面与下表面温度相差约620℃,热影响区节点温度随到焊缝中心距离的增加而不断减小。模拟结果表明改进后的热源模型与实际焊接较为吻合,有利于提高焊接温度场的模拟计算精度。     

双辊铸轧超高强铝合金有限元数值模拟

采用有限元法对双辊铸轧7075和7050铝合金的工艺过程进行了数值模拟,研究了合金成分和铸轧速度对铸轧熔池内温度场、流场和凝固场的影响规律。结果表明,在同一铸轧速度条件下,随着合金的等效比热增大,合金在铸轧熔池内的温度梯度随之减小,凝固速率减慢;对于同一种合金,随着铸轧速度增加,合金的速度梯度随之增大,熔池内所形成漩涡的位置下降。模拟结果为下一步的铸轧实验提供了理论依据