激光金属直接制造中工艺参数对粉末利用率影响的模拟研究

为了获得激光金属直接制造中工艺参数对金属粉末利用率的影响规律,建立了粒子被熔池吸收的物理模型,应用气固两相流理论对其模型的流场进行了数值模拟,采用FLUENT软件中的离散相模型中的欧拉-拉格朗日类中的颗粒轨道模型实现了粉末颗粒的跟踪,计算了流场中的粉末颗粒的浓度及速度分布规律.计算结果表明:随激光光斑直径、激光功率的增大和扫描速度的减小,粉末利用率会随之增大;随载气速度、送粉量及保护气流量的增加,粉末利用率呈现先增大后减小的趋势.所得结果对试验选择加工工艺参数具有参考价值.     

一种新型肿瘤放射治疗设备

设计一种新型肿瘤放射治疗设备,基于立体定向放射,整合机器人与放射控制系统,同时配备同步呼吸追踪系统和自动影像引导系统,实现无痛无创的全身各部位肿瘤治疗。该新型设备拥有定位精确、单次剂量大、治疗时间短等特点,能够对敏感器官附近的肿瘤和胸腔腹腔中随着患者呼吸而不断移动的肿瘤进行治疗。并综合阐述了此设备的系统组成、技术优势、临床特点和发展趋势等方面。     

CO2激光、Nd：YAG激光和准分子激光熔覆特性的比较

对CO2、YAG和准分子激光器输出特性、吸收率、光强空间分布、熔覆特性和加工性能进行了比较.CO2和Nd: YAG激光空间分布的横截面图为高斯形,而准分子激光空间分布的横截面图为矩形.3种激光器的吸收率和加工精度依次是:准分子激光>Nd: YAG激光>CO2激光.3种激光器的平均输出功率和光斑直径依次是:准分子激光相似文献   

中空环形激光熔覆层温度场与应力场的数值模拟研究

目的研究基于"光束中空、光内送粉"工艺下中空环形激光熔覆层温度场分布规律、应力演化过程及沿熔覆层深度方向上的残余应力分布,为调控或降低光内送粉激光熔覆层残余应力提供参考。方法采用ANSYS软件APDL语言建立单道熔覆层物理模型,利用生死单元法模拟激光加载,从而得到温度场结果,在此基础上进行热力耦合,分析熔覆层内应力演化过程,在熔覆层深度方向上建立路径,得到沿路径方向上的残余应力分布结果,最后进行实验测定。结果当采用中空环形激光束加载时,光斑温度分布呈"马鞍形",熔覆层横切面上温度分布形状呈对称的"W"形,两侧温度高,中间温度低,熔覆层上表面扫描路径上的节点在扫描过程中都会经历两次温度峰值,且第二次温度峰值要高于第一次。热应力随着扫描过程进行而不断变化,由起初产生的熔覆层压应力逐渐转化为拉应力。沿扫描方向上的残余应力值最大,可达到273 MPa。熔覆层深度方向沿扫描方向上的残余应力值在上表面位置有最大值235 MPa,熔覆层与基材接合面处有最小值185MPa。最后结合实验测定,数值计算与实验结果一致。结论中空环形激光光斑"马鞍形"式的能量分布使得熔覆层温度分布更为均匀,可有效降低温度梯度。环形光斑后半环高温区域的重熔作用有利于能量的再分配,有利于减缓应力集中。熔覆层深度方向沿激光扫描方向上的残余应力分布,随着深度的增加而逐渐减小。     

基于Nd:YAG的激光熔覆工艺参数的优化

为了获得平整的熔覆层表面质量,采用正交试验方法对316L不锈钢激光熔覆工艺参数对熔覆层截面表面平整度的影响进行了实验研究,并获得了优化的工艺参数.研究结果表明:扫描速度及送粉量对表面平整度影响较大,其次是激光功率及载气流量;并对优化后的工艺参数进行了试验验证,得到了表面平整度为0.015mm的熔覆层表面,从而说明结果的可靠性.     

基于激光加工机器人的光内送粉变基面熔覆研究

现有激光熔覆技术大多是基于水平基面上开展的,这种方式极大地限制了激光熔覆技术的广泛应用。基于光束中空、光内送粉技术,通过对激光加工机器人系统的程序控制实现了基板0°~150°的倾斜和熔覆头相应姿态的连续变化,研究了基板不同倾斜角度下对熔覆层截面尺寸及组织的影响规律,并对变基面过程中的熔池进行了受力分析。实验结果表明:随基板倾斜角度逐渐增大,粉末聚焦特性变差,进入熔池的粉末量逐渐减少,造成熔覆层高度逐渐降低。熔覆层宽度稳定在光斑左右,变化不明显;偏移量(熔覆层最高点轴线位置偏离激光束轴线位置间的距离)先增大后降低。熔覆层顶部显微组织树枝晶大小先变粗后变细,典型柱状晶生长方向随基板角度变化也发生相应的倾斜。该工艺为在非水平基面上进行激光熔覆、修复及成形提供了参考价值。     

激光内送粉变姿态熔覆非水平熔池流场的数值模拟

目的 提高激光内送粉变姿态熔覆层成形质量,对变姿态熔覆时非水平熔池流场随基板倾斜角的演变规律进行研究。方法 首先,利用FLUENT软件中离散相模型对喷嘴流场进行模拟,获取粉末频次的分布规律。其次,采用流体体积法耦合熔化/凝固模型对熔池流场进行计算。通过施加质量源项引入同步送粉,施加能量源项模拟激光热输入,选取姿态角为30°、60°、90°进行计算,对熔池流场及熔覆层界面进行追踪分析。最后,基于激光内送粉熔覆工艺进行实验测定。结果 粉斑内粉末量呈“中间均匀,两端密集”的分布规律。熔池流动为“双环流”分布特征,但流动方向受重力影响,产生偏转。取3种姿态角计算时间同为0.3 s时,熔池中心处流体的偏转角分别为2°、4°、6°,并且随着倾斜角的增大,熔覆层高度分别增加了0.28%、0.83%、1.45%,熔覆层宽度减小了1.19%、1.28%、1.73%,熔覆层顶点偏移量增大到48.08、86.54、105.76 μm。最后结合实验测定,数值计算与实验结果一致。结论 Marangoni应力使得激光内送粉熔覆熔池流体产生由中心向边界流动的“双环流”分布特征,非水平熔池流动方向受重力影响产生偏转。随着基板倾斜角增大,熔覆层截面高度增加、宽度降低、顶点偏移量增加。为提高不便摆平非水平基面的激光内送粉变姿态熔覆再制造成形质量提供了指导。     

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。     

开放环境下激光内送粉熔覆TC4钛合金的氧化行为

目的研究开放环境下激光熔覆TC4钛合金的氧化行为。方法采用激光内送粉熔覆技术制备了不同氩气流量下的TC4钛合金熔覆涂层,通过SEM、EDS和XRD分析了不同氩气流量下涂层氧化层的表面和横截面微观形貌、微观组织、元素分布和物相组成,通过维氏硬度计分析涂层的显微硬度。结果随着氩气流量的减小,涂层表面颜色逐渐变深,由银白色依次变成黄色、蓝色、深灰色。XRD分析表明,颜色的变化与有色氧化物有关,黄色氧化层主要为黄色TiO,蓝色氧化层主要为蓝色Ti2O3,深灰色氧化层主要为白色TiO2,呈现深灰色与厚的氧化层结构有关。无氩气保护下的涂层表面粗糙,氧化层为厚而疏松多孔结构,与涂层存在缝隙;有氩气保护且随着氩气流量的增加,涂层表面变得光滑,氧化层厚度逐渐减小,致密性好,且与涂层结合良好。随着氩气流量的增加,组织由板条状转变成针状,这主要与冷却速率有关。当涂层颜色为蓝色时,涂层硬度变高,说明氧扩散深度大且氧含量多。结论在不同的氩气流量下,熔覆涂层表面形成多种不同氧化色。蓝色可作为可接受和不可接受氧化程度的临界颜色。