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激光熔融沉积GH4169合金熔池形态及微观组织形貌模拟和实验研究
1
作者 闫学伟 金银满 +3 位作者 胡文学 杨雪梅 孙德建 刘仕龙 《精密成形工程》 北大核心 2025年第6期225-237,共13页
目的探究激光功率及扫描速度对激光熔融沉积(LMD)GH4169合金熔池宏观形貌及微观组织的影响,获得最佳工艺参数。方法基于COMSOL软件建立了LMD温度场数值模型,对不同工艺方案LMD过程的温度场开展数值模拟研究,探究激光功率和扫描速度对沉... 目的探究激光功率及扫描速度对激光熔融沉积(LMD)GH4169合金熔池宏观形貌及微观组织的影响,获得最佳工艺参数。方法基于COMSOL软件建立了LMD温度场数值模型,对不同工艺方案LMD过程的温度场开展数值模拟研究,探究激光功率和扫描速度对沉积层熔宽、熔高、宽高比以及稀释率的影响规律。通过控制变量法,开展LMD单道沉积实验,分析激光功率和扫描速度对沉积层微观组织及Laves相形貌的影响规律。结果随着激光功率的增大,一次枝晶臂间距(PDAS)逐渐增大,Laves相由颗粒状转变为块状或长链状;随着扫描速度的增大,PDAS逐渐减小,Laves相由块状或长链状转变成颗粒状。当激光功率为1400 W、扫描速度为6 mm/s时,LMD过程中熔池内的最高温度约为2750 K,熔宽约为2976μm,熔高约为833μm,宽高比约为3.57,稀释率约为38.5%,沉积层的平均硬度约为266.36HV,室温和高温条件下试样的屈服强度约为623.60 MPa和581.66 MPa,抗拉强度约为955.92 MPa和823.83 MPa,延伸率约为39.08%和24.60%。结论实验结果与模拟结果吻合较好,验证了本文所建立模型的准确性。熔宽和熔高与激光功率呈正相关性,与扫描速度呈负相关性;宽高比和稀释率与激光功率和扫描速度呈正相关性。当激光功率为1400 W、扫描速度为6 mm/s时,所制备的GH4169合金试样的力学性能较好。 展开更多
关键词 激光熔融沉积 工艺参数 数值模拟 熔池形态 微观组织
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激光-电弧复合增材制造Al-Cu合金T型结构微观组织演变与熔池流动行为分析
2
作者 王儒政 马广义 +3 位作者 吴胜男 刘德华 牛方勇 吴东江 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第9期62-69,77,共9页
在T型结构增材制造过程中,交叉节点处易出现冶金结合不良及重熔缺陷等问题,制约该结构性能的提升。采用激光-电弧复合增材制造技术制备了Al-Cu合金T型结构,对交叉节点处的组织形貌进行了表征,并通过数值模拟分析了节点处熔池内的温度分... 在T型结构增材制造过程中,交叉节点处易出现冶金结合不良及重熔缺陷等问题,制约该结构性能的提升。采用激光-电弧复合增材制造技术制备了Al-Cu合金T型结构,对交叉节点处的组织形貌进行了表征,并通过数值模拟分析了节点处熔池内的温度分布以及流动特征。结果表明,在T型结构节点处能够观察到重熔作用所导致的弧形条纹特征,该区域的模拟形貌与实际结果具有良好的一致性;熔池边界处等温线分布较为密集,内部Marangoni对流导致逆时针涡流的形成,最高流速可达0.16 m/s。依据顶层晶粒形态差异,分为顶层节点重熔区(RZI)和顶层热影响区(HAZ)。其中RZI内主要为细小的树枝晶,平均晶粒尺寸相比于HAZ降低了20.8%,内部析出相主要为与α-Al基体呈非共格界面的大尺寸θ(Al_(2)Cu)相;平均显微硬度可达(98.4±6.4)HV_(0.1),相比于未重熔区最高提升约14.0%。 展开更多
关键词 激光-电弧复合增材制造 AL-CU合金 T型结构 组织形貌 熔池流动
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Ti-1023合金VAR熔炼数值模拟研究 被引量：3
3
作者 赵小花 何永胜 +3 位作者 罗文忠 赖运金 王凯旋 刘向宏 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期367-371,共5页
Ti-1023合金因其优异的性能广泛应用于大型承力结构件,然而因其添加Fe元素含量较高,容易在真空自耗熔炼(VAR)制备铸锭的过程中出现Fe偏析,影响锻件的性能。利用多场耦合重熔工艺仿真优化软件(Melt Flow-VAR)建立的模型研究了Ti-1023合金... Ti-1023合金因其优异的性能广泛应用于大型承力结构件,然而因其添加Fe元素含量较高,容易在真空自耗熔炼(VAR)制备铸锭的过程中出现Fe偏析,影响锻件的性能。利用多场耦合重熔工艺仿真优化软件(Melt Flow-VAR)建立的模型研究了Ti-1023合金在VAR不同阶段下的熔池形状和元素浓度分布,并以模拟工艺制备了Ti-1023合金Φ640 mm大规格铸锭进行验证。结果表明:随着熔炼的进行,模拟的熔池形状按初期的扁平状→中期的V形→末期的深V形变化,熔炼后期的熔池深度为0.28 m,与实测结果基本一致。在铸锭中心线顶部和底部Fe和Al元素成分的模拟结果与实测值吻合良好,但在铸锭中间部分的模拟值与实测值存在较大偏差,分析认为是Melt Flow-VAR计算模型中没有考虑等轴晶的沉降所导致的计算偏差所致。 展开更多
关键词 TI-1023合金 MELT Flow—VAR模拟 熔池形状 元素分布 实验验证
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基于边缘夹角附加损失函数的熔池形貌检测方法 被引量：4
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作者 谢非 朱腾飞 +3 位作者 杨继全 余圣甫 史建军 刘益剑 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期82-90,I0007,I0008,共11页
针对弧焊增材制造过程中传统的熔池检测方法依赖经验参数、准确率低、识别时间较长的问题,提出了一种基于边缘夹角附加损失函数的熔池形貌检测方法,实现对熔池快速而精准的检测和识别.首先,通过特征金字塔网络融合多种特征在多个尺度上... 针对弧焊增材制造过程中传统的熔池检测方法依赖经验参数、准确率低、识别时间较长的问题,提出了一种基于边缘夹角附加损失函数的熔池形貌检测方法,实现对熔池快速而精准的检测和识别.首先,通过特征金字塔网络融合多种特征在多个尺度上表征熔池,摆脱对经验参数的依赖;其次,使用Point Rend神经网络模块,基于细粒度特征及粗预测掩码对采样点优化,减少熔池目标检测及识别所需时间;再次,研究了边缘夹角附加损失函数,在角度空间上最大化分类间隔,使网络提取到的特征具有更强的可分性,进而改善模型识别的精度;最后,利用实际熔池监测数据进行试验测试.结果表明,该方法识别精度高,精度达97.85%,当存在熔滴覆盖干扰时,也可以实现精确检测与识别;对比熔池的检测宽度和实测宽度,绝对误差在0.36 mm以内,试验结果验证了该方法的有效性和可靠性. 展开更多
关键词 增材制造 熔池形貌检测 弧焊打印 特征融合
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电弧力对TIG焊接熔池液面形态影响的数值模拟 被引量：4
5
作者 刘伟 何景山 +1 位作者 吴庆生 张秉刚 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第7期69-71,76,共4页
在建立TIG焊接熔池液面三维形状模型基础上,对电弧力作用于熔池液面进行了表征,采用Surface Evolver有限元分析软件进行数值模拟,研究了电弧力对TIG焊接熔池液面三维形态的影响。得到了有电弧作用时,熔池的三维形态和熔池各液面参数随... 在建立TIG焊接熔池液面三维形状模型基础上,对电弧力作用于熔池液面进行了表征,采用Surface Evolver有限元分析软件进行数值模拟,研究了电弧力对TIG焊接熔池液面三维形态的影响。得到了有电弧作用时,熔池的三维形态和熔池各液面参数随电弧力大小变化的规律。结果表明,在熔池形状一定时(正面、背面熔化区域半径和板厚一定),电弧力的作用深度增加会引起熔池上、下液面和固液面的表面积均增加,其中电弧力的大小对TIG焊接熔池的上液面影响程度大于下液面。这些分析结果为探讨TIG焊接熔池的各类问题提供了基础。 展开更多
关键词 TIG焊接熔池 电弧力 液面形态 数值模拟
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工件倾角对脉冲MAG焊接熔池形态和焊缝尺寸的影响 被引量：3
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作者 张阳 吕小青 +1 位作者 徐连勇 荆洪阳 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期36-42,I0002,I0003,共9页
在相同MAG焊接参数条件下,采用单因素试验方法对不同倾角的工件进行了上坡焊和下坡焊工艺试验.通过高速摄像技术以及图像处理技术提取了熔池边缘及尺寸等特征参数信息,并对熔池面积、后拖角等相关参数进行了修正.分析了工件倾角对熔池... 在相同MAG焊接参数条件下,采用单因素试验方法对不同倾角的工件进行了上坡焊和下坡焊工艺试验.通过高速摄像技术以及图像处理技术提取了熔池边缘及尺寸等特征参数信息,并对熔池面积、后拖角等相关参数进行了修正.分析了工件倾角对熔池宽度、长度、面积、后部面积、后拖角等特征参数以及焊缝成形的影响.结果表明,当工件倾角超过30°时,工件倾角对熔池形态特征参数和焊缝尺寸有比较明显的影响,且该影响在上坡焊和下坡焊中的表现不同.研究结果对减少非水平位置焊接产生的焊接缺陷和改善焊接工艺具有重要的指导意义. 展开更多
关键词 工件倾角 高速摄影 图像处理 熔池形态 焊缝成形
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激光深熔TIG复合焊电弧特性及熔池行为的研究 被引量：1
7
作者 李伟 朱加雷 +2 位作者 李志波 焦向东 冯聪 《热加工工艺》 北大核心 2019年第9期54-57,共4页
对10 mm的Q345B板进行光纤激光与深熔TIG旁轴复合焊接实验,探究激光与电弧的最佳复合方式,利用高速摄像系统观测电弧形态和熔池行为的变化,并分析激光对电弧和熔池的影响机制。实验结果表明:焊枪垂直,激光倾斜30°的复合方式所得到... 对10 mm的Q345B板进行光纤激光与深熔TIG旁轴复合焊接实验,探究激光与电弧的最佳复合方式,利用高速摄像系统观测电弧形态和熔池行为的变化,并分析激光对电弧和熔池的影响机制。实验结果表明:焊枪垂直,激光倾斜30°的复合方式所得到的焊缝熔深最大。复合焊接利用激光增强熔池金属流动的特性弥补了深熔TIG高速焊接焊缝无法成型的缺陷。 展开更多
关键词 复合焊接 电弧形态 熔池行为
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金属电弧增材成形控制关键技术及研究现状 被引量：11
8
作者 石玗 朱珍文 +1 位作者 张刚 李璐鹏 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期131-138,共8页
金属电弧增材制造是一种高效、低成本的快速净成形工艺,非常适合大尺寸金属零部件的整体成形制造。但电弧增材过程中热积累、散热边界条件及沉积层表面状态等非平衡时变使得成形件尺寸精度较低,直接影响沉积件的工程化应用。为此,本文... 金属电弧增材制造是一种高效、低成本的快速净成形工艺,非常适合大尺寸金属零部件的整体成形制造。但电弧增材过程中热积累、散热边界条件及沉积层表面状态等非平衡时变使得成形件尺寸精度较低,直接影响沉积件的工程化应用。为此,本文以电弧增材成形过程稳定性控制为考察对象,详细调研分析了国内外相关研究机构的研究成果与技术优势,归纳总结了通过提高电弧增材成形过程稳定性来提高尺寸精度和表面质量需解决的关键科学技术问题,并讨论了以控制电弧增材成形过程稳定性提升成形精度的研究发展方向,以期为电弧增材过程稳定性调控和提高成形尺寸精度提供参考。 展开更多
关键词 丝材电弧增材制造 近净成形 熔池动态行为 稳定性控制
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焊接热源模型参数求解中熔池形状的提取技术
9
作者 顾颖 李亚东 +1 位作者 刘赛智 揭志羽 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2015年第19期175-178,共4页
为实现焊接热源模型参数求解中熔池形状提取的自动化,针对现有方法存在的问题,根据有限单元法及计算机图形学相关理论,提出基于温度等值线熔池形状的提取技术,推导了该技术的理论公式,列出了熔深、熔宽的提取步骤,并将ANSYS显示的熔池... 为实现焊接热源模型参数求解中熔池形状提取的自动化,针对现有方法存在的问题,根据有限单元法及计算机图形学相关理论,提出基于温度等值线熔池形状的提取技术,推导了该技术的理论公式,列出了熔深、熔宽的提取步骤,并将ANSYS显示的熔池边界与提取的熔池边界进行了对比。经理论分析及实例验证表明:该技术在保证提取的熔深、熔宽具有足够精度的前提下,既能避免单元数目过大,又可满足焊接热源模型参数程序化求解的要求。 展开更多
关键词 焊接热源模型 熔池形状 温度等值线 提取技术
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