搭接中心距对电弧增材熔池流动及熔积层形貌影响的数值模拟

搭接中心距对电弧增材搭接熔积的熔池流动及熔积层形貌有重要影响,为探究其影响机理,建立了钨极气体保护焊(Tungsten inert gas welding, TIG)电弧增材成形过程的三维数值模型,研究了不同搭接中心距对熔池流动及熔积层形貌的影响。结果表明：不同搭接中心距下熔池表面温度峰值相近,约为1900 K,表面流速呈非对称的双峰式分布。当搭接中心距小时,由于第一道焊道的支撑作用,使得第二道焊道横截面熔池流动和形貌不对称,熔池深而窄,熔池流动为单向的顺时针环流,左侧流速普遍大于右侧;随着搭接中心距的增大,第一道焊道的支撑作用逐步减弱,使得搭接焊道横截面熔池流动逐渐变为以第二道焊枪中心线为对称轴,左侧顺时针、右侧逆时针的两个环流,两侧流动逐渐对称,搭接熔池宽度逐渐增大、深度逐渐减小,两焊道逐渐分离并出现波谷,当搭接中心距为6 mm时熔积层形貌最平整。模拟与试验结果基本吻合,本研究结果可为电弧增材工艺参数调控提供理论支撑。     

B4C/Al复合材料的组织、力学性能和制备研究进展

B4C颗粒增强铝基复合材料不仅比强度高、耐磨性能优异,还兼具多种功能特性,是核工业、航空航天、汽车工业等领域中不可缺少的结构材料和功能材料.综述了B4C/Al复合材料的研究现状,总结了搅拌铸造法、粉末冶金法和冷喷涂增材制造法等各种方法的优缺点,对比了不同工艺下制备的B4C颗粒增强铝基复合材料的硬度、拉伸强度、屈服强度、抗压强度等力学性能方面及显微组织的表现,并展望了其发展方向.     

压缩机用永磁无刷直流电机的多物理场分析

为了降低电动涡旋压缩机的电机电磁噪声,对于有外套的弧形磁片式转子电机在中低频电磁噪声较为明显的情况,提出采用内置V型径向式转子电机,并对样机进行了多物理场联合仿真和实验测试.通过仿真分析得到了内置V型径向式转子电机在1000～6000 r/min的6个转速下的多物理场的振动等效辐射声功率瀑布图以及噪声的远场声压级瀑布图,并在噪声室通过汽车空调压缩机噪声测试运转台测试了样机的振动及噪声,将仿真的数据与实验数据进行对比,验证了基于ANSYS Workbench平台永磁无刷直流电机在多转速下的耦合场分析的准确性.     

两种弧长的焊接电弧特性数值模拟

电弧焊接过程中,弧柱长度对电弧以及电弧与熔池之间的传热传质有重要的影响。为了揭示不同弧柱长度电弧的传热传质特性,建立了焊接电弧的数值模型,分别模拟并分析了5、10 mm两种弧柱长度的电弧传热传质过程。结果显示:两种弧柱长度的电弧等温线分布与前人实验测量结果吻合良好,验证了数值模型的有效性。这两种电弧的温度场均呈现对称的"钟罩"状分布,峰值温度均出现在阳极下方;10 mm弧柱电弧的温度峰值、压强峰值、速度峰值以及最大电势差均大于5 mm弧柱电弧。研究结论可为后续焊接工艺参数的选择、焊接传热传质的机理分析提供理论依据和参考。     

外加稳态磁场作用下的焊接电弧数值仿真

为了揭示外加静态磁场对焊接电弧形态及传热传质的影响规律,建立了焊接电弧的数值模型,对比分析了普通熔积、外加纵向磁场作用以及横向磁场作用下的电弧传热传质过程。结果显示:相比普通熔积,外加纵向磁场作用下,靠近基板的位置电流密度和温度减小,电弧的温度和压强峰值减小,中心处出现负压;外加横向磁场作用下,电弧整体偏向一侧,电弧中心的电流密度、温度和电弧压强都小于未施加外加磁场情况。外加磁场对电弧形态及传热传质的改变,将导致电弧和金属之间的热和力相互作用改变,从而使得熔池的传热传质过程相应的发生改变。     

外加高频磁场下电弧快速成形过程的电磁-流体耦合数值模拟

外加电磁作用是改善电弧快速成形零件组织和性能的有效方式之一。为了揭示高频磁场对熔池传热、对流和形态的影响机理,采用有限元电磁计算和有限体积流体分析耦合的方法,建立电磁场、熔池温度场和流体流动场分析的三维模型,分析工件和熔池中高频电磁力/热的分布特征,研究高频电磁力与表面张力、电弧力以及熔滴冲击共同作用下的熔池表面动态变形,对比分析有/无外加高频磁场情况下熔池温度分布和流体流动模式上的差异,并由此预测外加高频磁场对凝固组织和熔池形态的改变。结果表明,高频电磁力驱动熔池流体在垂直焊接方向的平面内形成单漩涡旋转对流,有利于熔断枝晶细化晶粒,熔池表面形状向远离线圈一侧倾斜,熔宽增大。金相和焊道横截面测试证实了上述模拟结果。     

MIG电弧增材制造6061铝合金的组织和性能

探索MIG电弧增材制造6061铝合金构件的工艺成形性,并对成形件不同区域的微观组织及力学性能开展研究.结果表明,当送丝速度/焊接速度的比值P在0.5 ~ 1之间,且送丝速度在5 ~ 7 m/min之间时,可获得良好焊道形貌;堆积焊道层与层之间交界处为结合层,其余区域为沉积层,结合层和沉积层呈现出沿堆积高度方向灰白色带依次交替的形貌,并都呈现出各种尺寸大小的气孔多发的状态;显微硬度和拉伸测试发现:沿着堆积方向硬度变化不大,结合层硬度低于沉积层,且硬度波动性更大;不同区域水平方向强度差异不大,堆积方向强度比水平方向略低,平均断后伸长率分别为18%和22.6%,两个方向拉伸断口皆以韧窝为主,属于韧性断裂.     

表面毛化对巴氏合金MIG堆焊层界面组织及结合强度的影响

目的 利用MIG焊在表面毛化处理的Q235钢基体上堆焊SnSb11Cu6合金,研究表面毛化作用对界面组织及结合强度的影响.方法 设计毛化形貌分别为直槽和网格槽的毛化形式,槽深分别为0.15、0.3 mm,槽间距分别为1、1.5 mm,采用MIG焊方法在毛化钢基板上堆焊巴氏合金.利用X射线衍射仪分析巴氏合金堆焊层的组织成分.利用金相显微镜、扫描电镜和X射线能谱仪表征巴氏合金堆焊层的界面组织、微观形貌和元素分布.利用电子万能试验机、体视显微镜检测巴氏合金与钢基体间的结合强度以及润湿角.结果 毛化处理虽然会降低巴氏合金与钢基体的浸润性,但是增加了巴氏合金与钢基体间的接触面积;毛化凹槽中嵌合部分巴氏合金,使基体与合金层之间产生机械咬合作用;毛化轮廓边缘的材料易于熔化,从而促进了界面反应.以上因素的共同作用下,巴氏合金与钢基板之间的结合强度由无毛化试样的39.67 MPa提升至毛化试样的50.14 MPa.虽然网格槽毛化试样可以获得比直槽毛化试样更大的接触面积,但增强了毛化轮廓峰对三相线位移产生的钉扎作用,巴氏合金在网格槽毛化基体表面的浸润性更差,使得不同毛化参数试样的结合强度变化不大.结论 通过增加接触面积、生成金属间化合物以及机械咬合等因素共同作用,毛化处理可以有效提升巴氏合金与钢基体之间的结合强度.     

送丝速度对电弧增材熔池流动及焊道成形影响的数值模拟

通过数值模拟研究了不同送丝速度下电弧增材制造单道熔积成形过程中的传热传质及熔池流态，分析了送丝速度对焊道形貌的影响.结果表明，当送丝速度较小时，基板接受的电弧热较多，熔池的熔深较深且流动性较强，成形焊道较宽且高度较低；随着送丝速度的增大，熔融金属向上堆积，熔池体积增加，送丝速度达到一定值时，电磁力与表面张力达到动态平衡，熔深与焊道高度接近；当送丝速度较大时，液态金属对流减弱，熔深较浅，在表面张力的作用下，熔池边缘收缩导致焊道隆起.模拟与试验结果吻合较好，研究结果可以为GTAW电弧增材技术的工艺参数调控提供理论依据.