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扫描方式对中空环形激光熔覆层残余应力及基板变形的影响研究
被引量：
14
1
作者
李广琪
王丽芳
+2 位作者
朱刚贤
赵亮
石世宏
《表面技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第3期158-170,共13页
目的揭示激光熔覆过程基材变形演变机理,同时研究不同扫描方式对中空环形激光熔覆层残余应力分布及基材变形的影响规律,以期减小熔覆层残余应力,控制基材形变量。方法利用有限元分析软件ANSYS APDL编程语言,首先建立单道模型,探究了熔...
目的揭示激光熔覆过程基材变形演变机理,同时研究不同扫描方式对中空环形激光熔覆层残余应力分布及基材变形的影响规律,以期减小熔覆层残余应力,控制基材形变量。方法利用有限元分析软件ANSYS APDL编程语言,首先建立单道模型,探究了熔覆过程基板变形演变机理;其次建立单层多道有限元模型,模拟了6种不同扫描方式对激光熔覆层残余应力分布及基材翘曲变形的影响。基于“光束中空、光内送粉”熔覆工艺,开展了基板翘曲变形量实验研究。结果数值模拟结果表明,基板在激光熔覆起始阶段产生了背向光源的弯曲变形,随着冷却的进行,开始转变为面向光源的翘曲变形。以减小熔覆层残余应力为评价指标,获得不同扫描方式的优越性排序为:沿长边往复扫描方式>沿短边往复扫描,外螺旋式扫描>分块式扫描>内螺旋式扫描>往复扫描。从降低基板翘曲变形程度来看,不同扫描方式的优越性排列为:沿长边往复扫描方式>沿短边往复扫描,分块式扫描>内螺旋式扫描>外螺旋式扫描>往复扫描。实验测量结果表明,基板变形程度的趋势与数值模拟结果一致,验证了数值模拟的正确性。不同扫描方式下,熔覆层残余应力水平与基材翘曲变形程度基本呈正相关趋势。结论采用分块扫描方式可以显著降低熔覆层残余应力分布,改善基材翘曲变形程度,为提高中空环形激光熔覆成形质量路径规划选择提供参考。
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关键词
中空环形激光
扫描方式
熔覆层
等效残余应力
翘曲变形
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职称材料
中空环形激光熔覆层温度场与应力场的数值模拟研究
被引量：
9
2
作者
李广琪
朱刚贤
+2 位作者
赵亮
王丽芳
石世宏
《表面技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第7期319-328,共10页
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...
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。
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关键词
中空环形激光
残余应力
数值模拟
温度场
应力演化
实验测定
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职称材料
离焦量对中空环形激光熔覆层温度场及应力场的影响
被引量：
8
3
作者
李广琪
朱刚贤
+2 位作者
王丽芳
赵亮
石世宏
《中国机械工程》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第5期587-593,599,共8页
为减小光内送粉激光熔覆层的残余应力,研究了不同离焦量对熔覆层温度场和应力场分布的影响规律。采用数值模拟与实验验证相结合的方法分别对离焦量为0、-1 mm、-2 mm、-3 mm、-4 mm的温度场及应力场进行了研究。结果表明:采用负离焦量...
为减小光内送粉激光熔覆层的残余应力,研究了不同离焦量对熔覆层温度场和应力场分布的影响规律。采用数值模拟与实验验证相结合的方法分别对离焦量为0、-1 mm、-2 mm、-3 mm、-4 mm的温度场及应力场进行了研究。结果表明:采用负离焦量的温度分布更为均匀,熔覆层内的残余应力更小;离焦量增大时,激光扫描方向上的残余应力随熔覆层深度增大逐渐减小。
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关键词
中空环形激光
离焦量
熔覆层
温度场
应力场
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职称材料
题名
扫描方式对中空环形激光熔覆层残余应力及基板变形的影响研究
被引量：
14
1
作者
李广琪
王丽芳
朱刚贤
赵亮
石世宏
机构
苏州大学机电工程学院
苏州大学工程训练中心
出处
《表面技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第3期158-170,共13页
基金
国家重点研发计划(2016YFB1100300)。
文摘
目的揭示激光熔覆过程基材变形演变机理,同时研究不同扫描方式对中空环形激光熔覆层残余应力分布及基材变形的影响规律,以期减小熔覆层残余应力,控制基材形变量。方法利用有限元分析软件ANSYS APDL编程语言,首先建立单道模型,探究了熔覆过程基板变形演变机理;其次建立单层多道有限元模型,模拟了6种不同扫描方式对激光熔覆层残余应力分布及基材翘曲变形的影响。基于“光束中空、光内送粉”熔覆工艺,开展了基板翘曲变形量实验研究。结果数值模拟结果表明,基板在激光熔覆起始阶段产生了背向光源的弯曲变形,随着冷却的进行,开始转变为面向光源的翘曲变形。以减小熔覆层残余应力为评价指标,获得不同扫描方式的优越性排序为:沿长边往复扫描方式>沿短边往复扫描,外螺旋式扫描>分块式扫描>内螺旋式扫描>往复扫描。从降低基板翘曲变形程度来看,不同扫描方式的优越性排列为:沿长边往复扫描方式>沿短边往复扫描,分块式扫描>内螺旋式扫描>外螺旋式扫描>往复扫描。实验测量结果表明,基板变形程度的趋势与数值模拟结果一致,验证了数值模拟的正确性。不同扫描方式下,熔覆层残余应力水平与基材翘曲变形程度基本呈正相关趋势。结论采用分块扫描方式可以显著降低熔覆层残余应力分布,改善基材翘曲变形程度,为提高中空环形激光熔覆成形质量路径规划选择提供参考。
关键词
中空环形激光
扫描方式
熔覆层
等效残余应力
翘曲变形
Keywords
hollow-ring laser
scanning patterns
cladding layer
equivalent residual stress
warpage deformation
分类号
TG174.44 [金属学及工艺—金属表面处理]
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职称材料
题名
中空环形激光熔覆层温度场与应力场的数值模拟研究
被引量：
9
2
作者
李广琪
朱刚贤
赵亮
王丽芳
石世宏
机构
苏州大学机电工程学院
苏州大学工程训练中心
出处
《表面技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第7期319-328,共10页
基金
国家重点研发计划(2016YFB1100300)。
文摘
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。
关键词
中空环形激光
残余应力
数值模拟
温度场
应力演化
实验测定
Keywords
hollow ring laser
residual stress
numerical simulation
temperature field
thermal stress evolution
experimental determination
分类号
TG174.4 [金属学及工艺—金属表面处理]
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职称材料
题名
离焦量对中空环形激光熔覆层温度场及应力场的影响
被引量：
8
3
作者
李广琪
朱刚贤
王丽芳
赵亮
石世宏
机构
苏州大学机电工程学院
苏州大学工程训练中心
出处
《中国机械工程》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第5期587-593,599,共8页
基金
国家重点研发计划(2016YFB1100300)。
文摘
为减小光内送粉激光熔覆层的残余应力,研究了不同离焦量对熔覆层温度场和应力场分布的影响规律。采用数值模拟与实验验证相结合的方法分别对离焦量为0、-1 mm、-2 mm、-3 mm、-4 mm的温度场及应力场进行了研究。结果表明:采用负离焦量的温度分布更为均匀,熔覆层内的残余应力更小;离焦量增大时,激光扫描方向上的残余应力随熔覆层深度增大逐渐减小。
关键词
中空环形激光
离焦量
熔覆层
温度场
应力场
Keywords
hollow-ring laser
defocusing amount
layer cladding
temperature field
stress field
分类号
TG174.4 [金属学及工艺—金属表面处理]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
扫描方式对中空环形激光熔覆层残余应力及基板变形的影响研究
李广琪
王丽芳
朱刚贤
赵亮
石世宏
《表面技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021
14
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下载PDF
职称材料
2
中空环形激光熔覆层温度场与应力场的数值模拟研究
李广琪
朱刚贤
赵亮
王丽芳
石世宏
《表面技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020
9
在线阅读
下载PDF
职称材料
3
离焦量对中空环形激光熔覆层温度场及应力场的影响
李广琪
朱刚贤
王丽芳
赵亮
石世宏
《中国机械工程》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021
8
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职称材料
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