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激光熔覆316L的熔池温度场有限元仿真研究
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作者 陶林 韩凤兵 +1 位作者 温雪龙 赵元 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第6期140-145,150,共7页
这里建立了激光熔覆仿真模型,利用“生死单元”法,对送粉式激光熔覆过程中的温度场变化进行仿真分析,研究激光熔覆过程中的温度变化规律,对比分析正交实验所得熔深数据与激光熔覆温度场仿真结果。实验结果表明:熔覆初始阶段,热影响区小... 这里建立了激光熔覆仿真模型,利用“生死单元”法,对送粉式激光熔覆过程中的温度场变化进行仿真分析,研究激光熔覆过程中的温度变化规律,对比分析正交实验所得熔深数据与激光熔覆温度场仿真结果。实验结果表明:熔覆初始阶段,热影响区小且温度偏低,随后过渡到熔池状态相对平稳的时期。此时,熔池前端的等温线分布紧密而尾部分布疏散,相应的温度梯度也逐渐降低。伴随熔覆层数递增,温度呈直线上升态势,热影响区域持续拓展,熔池的规模也不断变大,与实际熔覆过程相符,证明了该仿真模型的有效性与可靠性。为激光熔覆技术制备316L提供可靠依据。 展开更多
关键词 激光熔覆 温度场 熔池 有限元仿真
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能量密度对于选区激光熔化成型Ti6Al4V合金缺陷特征的影响
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作者 陈东菊 高超 +3 位作者 范晋伟 潘日 孙锟 郑宸 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第3期267-277,共11页
激光选区熔化技术(SLM)的成型质量受各种因素影响,其中,工艺参数对成型件的冶金缺陷影响最为显著,而熔池特性的研究则是判断激光增材制造成型质量的有力手段。本文建立SLM成型Ti6Al4V粉体3维瞬态热流场数值模型,利用优化后的数值模型分... 激光选区熔化技术(SLM)的成型质量受各种因素影响,其中,工艺参数对成型件的冶金缺陷影响最为显著,而熔池特性的研究则是判断激光增材制造成型质量的有力手段。本文建立SLM成型Ti6Al4V粉体3维瞬态热流场数值模型,利用优化后的数值模型分析熔池的动态演变机制,并在计算流体动力学中利用无量纲数定量描述工艺参数固定情况下熔池的动态演化,结合数值模拟和仿真实验分析球化、孔洞、黏粉和飞溅等缺陷形成机理,探究线能量密度和体能量密度对成型缺陷的影响规律,揭示SLM成型件冶金缺陷的形成机理与抑制方法,并提出一种“工艺参数-熔池特征-成型质量”一体化的方法预测成型质量。此外,本文还分析Ti6Al4V的加工工艺参数与熔池特征和增材制造成型质量的影响关系,包括关键加工参数对熔池热流场的影响,通过结果对比来探究工艺参数对加工质量的影响规律,为优化加工参数提供指导作用,节省大量的时间和成本。结果表明:熔池的主要传热方式为热对流,熔池演变的主要驱动力是蒸发反冲压力、表面张力和马兰戈尼剪切力。随着能量密度的降低,熔池流动性减弱,熔池尺寸表现出一定的规律性。熔融金属在表面张力的驱动下,往往会降低表面能凝固成球状,导致逐层成型后块体内部形成大量孔洞缺陷,严重影响试样的力学性能。因此,为获得力学性能良好的试样,必须精确控制能量密度,防止熔池流动性变化导致内部孔洞缺陷的形成。 展开更多
关键词 选区激光熔化 熔池 TI6AL4V 加工缺陷 工艺参数
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基于动网格技术的CMT-WAAM熔池温度场与流场数值模拟
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作者 申俊琦 张帆 +1 位作者 胡绳荪 耿辉 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第2期147-156,共10页
针对基于冷金属过渡(CMT)技术的镁合金摆动电弧增材制造(WAAM)过程,采用流体体积(VOF)法和动网格(DM)技术建立了分别考虑熔滴和熔池受力情况的三维瞬态数值模型,研究了熔滴过渡和熔池流动过程中的温度场和速度场变化.结果表明,相应试验... 针对基于冷金属过渡(CMT)技术的镁合金摆动电弧增材制造(WAAM)过程,采用流体体积(VOF)法和动网格(DM)技术建立了分别考虑熔滴和熔池受力情况的三维瞬态数值模型,研究了熔滴过渡和熔池流动过程中的温度场和速度场变化.结果表明,相应试验结果验证了所建立数值模型的有效性,熔池和熔滴尺寸参数模拟的误差均在10%之内.在CMT-WAAM开始阶段,基板表面和焊丝在电弧热作用下熔化分别形成熔池和熔滴.在焊丝向熔池送进过程中,熔滴不断长大,并在表面张力作用下长成球形.熔滴金属的热量主要通过热传导的形式向熔池传递,熔池最高温度随着熔滴金属的过渡而升高,熔池最高温度可达2100.0K;随着焊丝的回抽,熔池最高温度降低至1763.6K.随着焊丝向熔池送进,熔滴的最大速度从1.87 m/s逐渐减小到1.07 m/s,而熔池的最大速度仅为0.87 m/s.当熔滴金属前端与熔池发生接触后,液态金属的最大速度可达到4.21 m/s;随着焊丝的机械回抽,液态金属的最大速度在1.69~4.90 m/s范围内波动.当熔滴与熔池接触发生短路时,熔滴金属从熔池表面流向熔池底部和熔池两侧,增强了对熔池底部和熔池两侧的搅拌作用,使得熔池体积增加;当熔滴从焊丝端部脱离后,熔池中液态金属从熔池底部流向熔池表面和熔池两侧,熔池温度和流体速度随之降低,从而减缓了熔池体积的增加.此外,熔池自由表面在摆动电弧作用下呈现波浪式变形. 展开更多
关键词 动网格 电弧增材制造 熔滴过渡 熔池流动 数值模拟
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基于熔池图像分析的焊接偏差测定方法
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作者 王中任 夏海 +4 位作者 马晓锋 张文 陈科鹏 赵荣丽 史铁林 《焊接学报》 北大核心 2025年第8期104-114,共11页
在进行全位置管道熔化极气体保护焊焊接过程中,管道不同方位角对熔池形态有不同的影响,而熔池拖尾角度与焊接偏差有密切关系,焊接偏差影响焊接质量,设计基于熔池图像分析的焊接偏差测定方法.首先,经拍摄得到熔池图像后,进行灰度化和图... 在进行全位置管道熔化极气体保护焊焊接过程中,管道不同方位角对熔池形态有不同的影响,而熔池拖尾角度与焊接偏差有密切关系,焊接偏差影响焊接质量,设计基于熔池图像分析的焊接偏差测定方法.首先,经拍摄得到熔池图像后,进行灰度化和图像增强,使用GR显著性监测分割熔池区域,然后利用Otsu阈值提取熔池,检测熔池边缘并分割轮廓,通过平直度提取熔池拖尾采样点,再利用梯度下降法对熔池拖尾轮廓进行线性拟合,最终求得熔池拖尾角度.为研究熔池拖尾角度与焊接偏差的关系,采用线性回归的方法设计试验,得到可预测熔池拖尾角度和焊接偏差的线性回归数学模型.结果表明,预测焊接偏差量与真实焊接偏差量的误差在0.2 mm以内,验证该模型的有效性.提前预知焊接偏差并实时纠偏对于保证焊接质量具有重要的意义. 展开更多
关键词 焊接偏差 图像处理 熔池拖尾角度 线性回归 熔化极气体保护焊
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镁合金在冷金属过渡电弧增材制造成形过程中的数值模拟
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作者 王天琪 靖雯 何俊杰 《天津工业大学学报》 北大核心 2025年第1期83-90,共8页
针对镁合金在冷金属过渡(CMT)电弧增材制造成形过程中熔池精度难于控制、结构件成形质量差等问题,建立了三维瞬态数值模型,研究了增材过程中的熔池流动及传热过程。引入周期性系数加入双椭圆热源中,得到了更加符合实际CMT焊接过程的热... 针对镁合金在冷金属过渡(CMT)电弧增材制造成形过程中熔池精度难于控制、结构件成形质量差等问题,建立了三维瞬态数值模型,研究了增材过程中的熔池流动及传热过程。引入周期性系数加入双椭圆热源中,得到了更加符合实际CMT焊接过程的热源模型,并利用连续表面力思想将其转化为体热源加载在相界面;预测了焊缝和熔池的形状和尺寸,并与试验结果进行了比较;计算了同一焊接速度下不同焊接电流对焊缝成形的影响。结果表明:熔池内部主要受马兰戈尼力影响在熔池后方产生逆时针流动;将模拟结果与试验进行对比发现,焊接电流为129 A时熔宽误差约为1.13%,余高误差约为5.49%,熔深误差约为5.03%,验证了模型的准确性;相同焊接速度下,随着焊接电流的增大,焊缝宽高比以及熔深均增加。 展开更多
关键词 镁合金 冷金属过渡 熔池 焊缝成形 增材制造
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TU2无氧铜的真空电子束焊接性能的有限元数值模拟分析
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作者 尹中会 王慧纯 +2 位作者 王少秋 马建国 刘振飞 《矿冶工程》 北大核心 2025年第4期180-185,共6页
为了在保证焊接接头质量的同时降低焊接能量消耗,通过SYSWELD仿真软件对TU2无氧铜电子束焊接时的焊接工艺参数进行优化。建立了30 mm厚TU2无氧铜板焊接模型与边界条件,根据电子束焊接的实际情况确定热源模型,改变焊接过程中能量消耗数... 为了在保证焊接接头质量的同时降低焊接能量消耗,通过SYSWELD仿真软件对TU2无氧铜电子束焊接时的焊接工艺参数进行优化。建立了30 mm厚TU2无氧铜板焊接模型与边界条件,根据电子束焊接的实际情况确定热源模型,改变焊接过程中能量消耗数值进行焊接仿真分析,并与实际焊接结果进行对比验证。结果表明,当双椭球热源能量输入为1260 J/mm、3D高斯热源能量输入为5000 J/mm时,不仅能保证铜板焊透,而且焊接消耗能量低,仿真得到的焊接熔池形貌和实际焊接结果基本一致,证明仿真设定的焊接参数在TU2焊接中的可行性,可为TU2焊接工艺参数优化提供依据。 展开更多
关键词 TU2 无氧铜 焊接 电子束焊接 焊接熔池 温度场 应力场 仿真分析
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铝锰钪锆选区激光熔化成形过程介观尺度数值模拟
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作者 李新宇 周永铧 《中国机械工程》 北大核心 2025年第3期584-592,603,共10页
选区激光熔化(SLM)制造零件的微观结构和缺陷与SLM单/双熔道成形质量密切相关,实验方法难以在介观尺度下解释物理现象复杂的熔道成形规律。以铝锰钪锆合金为成形材料,建立SLM介观尺度下的单/双熔道数值模型,完成SLM单/双熔道成形实验并... 选区激光熔化(SLM)制造零件的微观结构和缺陷与SLM单/双熔道成形质量密切相关,实验方法难以在介观尺度下解释物理现象复杂的熔道成形规律。以铝锰钪锆合金为成形材料,建立SLM介观尺度下的单/双熔道数值模型,完成SLM单/双熔道成形实验并验证模型的准确性。借助数值模型研究SLM熔池演变的基本规律;研究在200~400 W的激光功率下,单熔道形貌、熔池温度与熔池尺寸等熔池特征随激光功率的变化规律,发现激光功率为360 W、扫描速度为1.0 m/s时,单熔道成形质量最好;研究在360 W的激光功率、1.0 m/s的扫描速度下,扫描间距为60μm、80μm和120μm时双熔道搭接行为、双熔道形貌演变规律,发现扫描间距为80μm时双熔道成形质量好,成形效率高;结合多熔道SLM成形实验筛选出合适的体积能量密度(VED),在107~139 J/mm~3的VED范围内,成形熔道连续、光滑。借助该模型可初步预测关键工艺参数,减少工艺参数优化成本。 展开更多
关键词 选区激光熔化 铝锰钪锆合金 体积能量密度 熔池
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亚音速气流下不同空间位置激光烧蚀行为 被引量:1
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作者 刘肖影 韦成华 +1 位作者 黄舒宇 芦凤桂 《焊接学报》 北大核心 2025年第5期10-18,共9页
为研究激光烧蚀过程中激光能量、表面气流、空间位置和金属材料之间的相互作用,提出了一个考虑亚音速切向气流和工件所处空间位置联合诱导熔体去除的流固耦合激光烧蚀模型,并通过与高速图像相比,验证了模型的合理性.在不同空间位置下,... 为研究激光烧蚀过程中激光能量、表面气流、空间位置和金属材料之间的相互作用,提出了一个考虑亚音速切向气流和工件所处空间位置联合诱导熔体去除的流固耦合激光烧蚀模型,并通过与高速图像相比,验证了模型的合理性.在不同空间位置下,研究了表面气流与大尺度熔池的相互作用过程及熔体的剥离行为.结果表明,在气流和所处空间位置的联合作用下,一方面熔体被推出熔池后形成倾斜液柱,液柱熔体被加速至1.6 m/s甚至更高,为剥离熔池提供了高动量,另一方面液柱被拉伸至仅0.45 mm厚,易于克服表面张力,进而导致熔体剥离熔池形成飞溅.调整金属所处的空间位置,使得从90°减小至30°,重力沿金属受激光辐照表面的分量随之减少,液柱中熔体的流动速度由1.6 m/s减慢至1.4 m/s,熔体剥离所形成熔坑的尺寸逐渐减小,熔池剥离程度和金属质量损失显著降低. 展开更多
关键词 激光烧蚀 亚音速切向气流 空间位置 大尺度熔池 剥离行为
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同步气体冷却下薄板激光熔覆数值模拟及实验研究 被引量:1
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作者 吴志鹏 乌日开西·艾依提 张宇涛 《表面技术》 北大核心 2025年第5期176-187,共12页
目的解决薄板在激光熔覆过程中产生复杂残余应力、变形及晶粒粗大等问题,提高熔覆层的质量和零件装配可靠性。方法提出一种液氮冷却氮气的激光熔覆同步气体冷却方法。采用双椭球热源,综合考虑随温度变化的热物性参数、热传导、热辐射、... 目的解决薄板在激光熔覆过程中产生复杂残余应力、变形及晶粒粗大等问题,提高熔覆层的质量和零件装配可靠性。方法提出一种液氮冷却氮气的激光熔覆同步气体冷却方法。采用双椭球热源,综合考虑随温度变化的热物性参数、热传导、热辐射、光粉相互影响、凝固过程中相变潜热的作用,建立同步气体冷却的激光熔覆三维数值模型,对不同冷却距离(d)下的瞬态温度场、熔池流场及应力演变过程进行数值计算。同时,利用热电偶对温度场分布进行验证,并采用扫描电子显微镜(SEM)和显微硬度仪分析其显微组织及涂层的硬度。结果引入冷却氮气增强了熔池表面与外界环境之间的热交换,从而改善了熔池的温度分布,加快了熔池的冷却速度。常规激光熔覆和同步气体冷却激光熔覆的熔池流场变化趋势基本相同,呈现中心向四周流动,中心流速小,边缘流速大,熔池前方的流速大于熔池后方。当冷却距离为5mm时,基体横向最大残余应力由204 MPa降至181 MPa,熔覆层顶部残余应力从190 MPa降至172 MPa,界面结合区残余应力从234 MPa降至211MPa,基板两侧翘曲变形量减少了50%。当冷却距离为10mm时,涂层的晶粒组织明显细化,中部柱状晶的无序排列程度明显增大,涂层的显微硬度从348.2HV0.2提高到375HV0.2。结论该方法可以有效减小基体的残余应力和变形,为更好控制激光熔覆涂层的晶粒和微观组织提供了一种新方法。 展开更多
关键词 激光熔覆 同步气体冷却 残余应力 熔池流场 显微组织 数值模拟
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CuSn18Ti9合金超声辅助激光熔覆特性的仿真与实验研究
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作者 李亚敏 杨志波 +3 位作者 赵波 王蔚 郭强 张雁儒 《表面技术》 北大核心 2025年第7期162-179,共18页
目的采用超声辅助激光熔覆技术制备的CBN/CuSnTi砂轮中熔池温度场分布及其流场状态直接影响砂轮质量,揭示熔池温度场、流场对熔覆层形貌的影响机理,从而减少砂轮熔合不良、变形开裂、组织不均匀等缺陷。方法基于45号钢基体和CuSn18Ti9... 目的采用超声辅助激光熔覆技术制备的CBN/CuSnTi砂轮中熔池温度场分布及其流场状态直接影响砂轮质量,揭示熔池温度场、流场对熔覆层形貌的影响机理,从而减少砂轮熔合不良、变形开裂、组织不均匀等缺陷。方法基于45号钢基体和CuSn18Ti9结合剂的时变热物理属性,建立同轴送粉激光熔覆过程中温度场和流场的耦合仿真模型,考虑超声振动、环境温度和马兰戈尼效应的影响,并基于动网格法形成的温度场拟合熔池的形貌,研究同一工艺参数下单道单层熔覆过程中环境温度和超声振动对熔池温度场和流场的影响规律,以及熔覆过程中由熔池流场流体效应变化导致熔池温度场和形貌变化的规律。结果与基体室温、无超声作用相比,基体室温下的超声作用使得熔覆初期传导热通量减小了2.19%,熔池回流涡旋中心下移7.8%,熔覆层高、深、宽增幅依次为-1.67%、1.02%、9.69%;与基体预热573.15 K下无超声作用相比,基体预热573.15 K下的超声作用可使同一时刻温升梯度增幅下降3.92%,熔池回流涡旋中心下移11.96%,熔池最低流速增加1.49倍,熔池最高流速增加1.07倍,熔覆层高度、深度、宽度增幅依次为14.3%、14.8%、0.68%。结论在室温状态下(基体温度为298.15 K),超声对熔池流场、温度场和熔覆层形貌的影响不显著,基体预热和超声辅助均会对熔池温度场和流场产生影响,其中基体预热和超声的双重耦合作用的影响最为显著。 展开更多
关键词 CuSn18Ti9 超声振动 激光熔覆 熔池形貌 Marangoni惯性力
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同步辐射技术在熔池内部信息实时表征中的应用现状
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作者 徐斌 肖伯宇 +1 位作者 蒋凡 陈树君 《北京工业大学学报》 北大核心 2025年第11期1304-1316,共13页
同步辐射技术凭借其高亮度、高时空分辨率及强穿透性优势,为熔焊与金属增材制造中熔池内部动态信息的实时表征提供了革命性手段。该文系统综述了同步辐射技术在熔池气液界面动态行为、固液界面演化、金属流动行为、气泡行为等关键领域... 同步辐射技术凭借其高亮度、高时空分辨率及强穿透性优势,为熔焊与金属增材制造中熔池内部动态信息的实时表征提供了革命性手段。该文系统综述了同步辐射技术在熔池气液界面动态行为、固液界面演化、金属流动行为、气泡行为等关键领域的应用进展。研究表明,同步辐射技术可突破传统表征手段的时空分辨率与穿透深度限制,揭示熔池内部多物理场耦合机制及缺陷形成规律,为工艺参数优化与数值模型验证提供高精度实验基准。此外,人工智能与同步辐射技术的结合显著提升了数据解析效率。然而,现有技术仍面临时空分辨率不足、多模态协同性有限及全生命周期观测缺失等挑战。未来,第四代同步辐射光源的普及和多模态联用技术的开发以及人工智能的深度赋能将推动该技术向全周期、多尺度、高保真方向发展,为熔焊与金属增材制造工艺优化与工业应用提供更强支撑。 展开更多
关键词 同步辐射 熔焊 增材制造 熔池 原位表征 数值模拟 人工智能
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融合注意力机制的ResNet熔覆层稀释率识别方法
12
作者 张筱睿 李涛 +1 位作者 石博文 詹欢 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第11期1-4,共4页
金属激光熔覆层质量和激光熔池状态联系密切,根据激光熔覆过程中熔池视觉特征对熔池状态进行在线监测,进而实现熔覆层稀释率大小在线识别对金属激光熔覆过程在线监测具有重要意义。为了实现激光熔覆层稀释率大小的在线监测,提出了一种... 金属激光熔覆层质量和激光熔池状态联系密切,根据激光熔覆过程中熔池视觉特征对熔池状态进行在线监测,进而实现熔覆层稀释率大小在线识别对金属激光熔覆过程在线监测具有重要意义。为了实现激光熔覆层稀释率大小的在线监测,提出了一种融合注意力机制的ResNet熔覆层稀释率识别模型。首先根据试验结果探究了激光熔覆工艺参数对稀释率的影响,其次根据同轴相机采集到的熔池图像,建立模型的训练集和测试集,并构建了融合注意力机制的ResNet激光熔覆层稀释率识别模型,并对比研究了注意力机制对熔覆层识别准确率的影响。结果表明:注意力机制显著提高了模型识别准确率,使准确率从92.97%提高到了94.02%。 展开更多
关键词 激光熔覆 稀释率 混合注意力机制 ResNet 图像识别 熔池
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基于轻量级DeepLabV3+网络的焊接熔池图像分割方法 被引量:2
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作者 胡继涛 马晓锋 +2 位作者 赵荣丽 刘海生 王中任 《计算机集成制造系统》 北大核心 2025年第1期126-134,共9页
为了准确快速地提取焊接过程中的熔池图像,提出一种轻量级DeepLabV3+网络的焊接熔池图像分割方法。首先,将DeepLabV3+的主干网络由Xception替换为优化后的MobileNetV2网络以减少模型参数量。其次,引入坐标注意力(CA)机制,提高模型对熔... 为了准确快速地提取焊接过程中的熔池图像,提出一种轻量级DeepLabV3+网络的焊接熔池图像分割方法。首先,将DeepLabV3+的主干网络由Xception替换为优化后的MobileNetV2网络以减少模型参数量。其次,引入坐标注意力(CA)机制,提高模型对熔池图像的提取能力。最后,利用迁移学习的训练方法,解决熔池样本稀缺的问题,并提升模型的精度和泛化能力。实验结果表明,改进后的模型在熔池数据集下平均交并比(MIoU)为94.65%,平均像素精度(MPA)为96.67%,单张图片推理时间为11.09 ms,模型参数量为5.81 M。与SegNet、PSPNet、UNet和DeepLabV3+等经典网络相比,改进后算法的模型参数量小,单图推理时间较短,且保持较高的平均交并比,能够更好地平衡图像分割精度和实时性。 展开更多
关键词 语义分割 DeepLabV3+ 轻量级 熔池
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我国锑冶炼技术现状及富氧熔池熔炼研究进展
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作者 葛杨 吴晓松 +1 位作者 郭徽 张岭 《稀有金属与硬质合金》 北大核心 2025年第3期51-57,65,共8页
锑是重要的战略金属。我国是世界锑矿储量最丰富、锑产品产量最大的国家,但长期的过度开发导致我国当前锑资源优势明显下滑。围绕我国锑矿资源和行业发展现状,本文系统综述了当前锑冶炼主流生产工艺的技术特点,重点总结了富氧熔池熔炼... 锑是重要的战略金属。我国是世界锑矿储量最丰富、锑产品产量最大的国家,但长期的过度开发导致我国当前锑资源优势明显下滑。围绕我国锑矿资源和行业发展现状,本文系统综述了当前锑冶炼主流生产工艺的技术特点,重点总结了富氧熔池熔炼工艺的研究进展。 展开更多
关键词 火法冶金 鼓风炉挥发熔炼 富氧熔池熔炼
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焊接空间位置对接头性能影响的研究进展
15
作者 闫旺 陈芙蓉 +2 位作者 曹四龙 解瑞军 王迪 《焊接学报》 北大核心 2025年第10期132-144,共13页
焊接空间位置的变化直接影响熔滴过渡和熔池受力状态,最终影响焊接接头性能,了解空间位置对焊接接头性能影响规律,制定合适的焊接工艺,对于实现大型工程复杂结构全位置焊接至关重要.文中首先分析了空间位置变化对熔滴过渡和熔池受力的影... 焊接空间位置的变化直接影响熔滴过渡和熔池受力状态,最终影响焊接接头性能,了解空间位置对焊接接头性能影响规律,制定合适的焊接工艺,对于实现大型工程复杂结构全位置焊接至关重要.文中首先分析了空间位置变化对熔滴过渡和熔池受力的影响;同时,讨论了不同焊接位置与焊接工艺的匹配关系,分别总结了不同焊接位置、焊接工艺对接头性能的影响规律.此外,阐述了焊接位置变化对接头外部成形和内部力学性能的影响,表明焊接位置变化在特定条件下不是生产需要的工艺被动妥协,而是性能优化的主动探索.此外,从工艺改进和设备辅助两个层面综述了优化全位置焊接的新工艺、新方法.最后,总结并展望了焊接空间位置变化对焊接接头性能影响规律和发展方向. 展开更多
关键词 焊接位置 焊接工艺 熔滴过渡 熔池受力 焊接接头 全位置焊接
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磁场辅助增材制造金属的微观组织及力学性能研究进展
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作者 杨未柱 牛启超 +4 位作者 樊哲铭 方宇辉 赵哲南 苏晓璐 李磊 《热加工工艺》 北大核心 2025年第14期20-35,共16页
金属增材制造技术无需模具、不受结构限制,在各行业得到广泛应用,已成为制造复杂形状产品的有效途径,但它仍面临成形构件易产生缺陷、材料各向异性、裂纹及元素偏析等问题。磁场辅助增材制造(M-FAAM)具有磁场形式多样、非接触式控制、... 金属增材制造技术无需模具、不受结构限制,在各行业得到广泛应用,已成为制造复杂形状产品的有效途径,但它仍面临成形构件易产生缺陷、材料各向异性、裂纹及元素偏析等问题。磁场辅助增材制造(M-FAAM)具有磁场形式多样、非接触式控制、调控效果显著等特点,为金属增材制造的微观组织与力学性能调控提供了创新途径。本文系统梳理了磁场对增材制造过程的影响机制,分析了沉积缺陷的形成机制及其调控效果,综述了磁场对微观组织调控和力学性能的影响。现有研究显示磁场辅助能影响熔池流动传热,调控凝固组织晶粒尺寸、枝晶生长形貌和沉积缺陷,并改善材料力学性能。但磁场辅助的熔池运动行为调控机理、熔池凝固过程影响机理和微观组织与力学性能关联关系等方面较为复杂。未来,需在揭示磁场对熔池流动和微观组织的精确调控机制、建立磁场参数/工艺-微观组织-力学性能关联关系、开发适用于增材制造的新型磁场调控技术等方面进一步深入,以推动M-FAAM在工程实际中的应用,实现高质量的金属增材制造。 展开更多
关键词 磁场 金属增材制造 熔池流动 熔池凝固 沉积缺陷
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基于熔池动态形变知识增强的GTAW熔透状态预测
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作者 洪宇翔 谢乡志 +2 位作者 何星星 都东 常保华 《焊接学报》 北大核心 2025年第5期26-34,41,共10页
为了实现对焊接熔透状态的在线监测,保障焊缝质量并推动机器人智能化技术发展,提出了一种熔池动态形变知识增强的钨极惰性气体保护焊(gas tungsten arc welding,GTAW)熔透状态预测方法.采用高速高动态范围工业相机获取熔池图像,利用Deep... 为了实现对焊接熔透状态的在线监测,保障焊缝质量并推动机器人智能化技术发展,提出了一种熔池动态形变知识增强的钨极惰性气体保护焊(gas tungsten arc welding,GTAW)熔透状态预测方法.采用高速高动态范围工业相机获取熔池图像,利用DeepLabv3+语义分割模型进行熔池动态分割以精准地获取熔池区域,在此基础上进行多帧熔池轮廓图像融合,以描述熔池在焊接过程中的动态形变.将融合后熔池轮廓图像和原始熔池图像合成输入CNN,学习同一位置熔池轮廓像素变化,指导CNN预测熔透状态.结果表明,基于熔池动态形变知识增强的CNN能够准确识别部分熔透、适度熔透和过度熔透三种典型焊缝状态,分类准确率可达到97.1%,单帧预测时间0.86 ms.与未融合熔池动态形变专家知识的深度学习方法相比,该方法在少样本数据情况下表现出更高的鲁棒性和准确率. 展开更多
关键词 焊接质量监测 钨极惰性气体保护焊 知识增强 熔池动态分割 图像融合
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熔池分层形态的热力学计算研究
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作者 陈二慧 张丽 +3 位作者 李楠 元一单 丁叶晴 鲁晓刚 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第2期413-421,共9页
熔融物堆内滞留(IVR)是利用外部冷却水淹没压力容器下封头,带走熔融物衰变热,从而缓解核电厂严重事故进程的一种技术手段。在此过程中,堆芯熔融物形成的熔池分层决定了压力容器内壁面热流密度,直接影响IVR技术的有效性。分析熔池分层需... 熔融物堆内滞留(IVR)是利用外部冷却水淹没压力容器下封头,带走熔融物衰变热,从而缓解核电厂严重事故进程的一种技术手段。在此过程中,堆芯熔融物形成的熔池分层决定了压力容器内壁面热流密度,直接影响IVR技术的有效性。分析熔池分层需要核材料在高温下的体积数据。本文在热力学数据库NUCLEA15的基础上,整合建立了一个体积数据库,可利用Thermo-Calc软件对堆芯熔池进行热力学平衡计算,分析不同铀/锆原子比、锆氧化程度和不锈钢含量的熔融物形成的平衡熔池的分层密度和元素分布。计算发现当熔融物中不锈钢含量越少或锆的氧化份额越低,金属层中铀/铁原子比越高,此时金属层密度增大,倾向位于熔池下层。计算结果与国内外熔融物分层实验MASCA及CESEF的分析结果一致,证明了该数据库可以用在堆芯熔融物熔池分层形态分析和IVR应用中。 展开更多
关键词 熔池分层 热力学计算 液相密度 严重事故
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SLM成形316L不锈钢微观组织演化模拟与试验验证
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作者 李东虎 蒋玮 +1 位作者 吴浩楠 翟海峰 《焊接学报》 北大核心 2025年第4期72-81,共10页
为研究激光选区熔化(selective laser melting,SLM)中工艺参数对成形过程及成形质量的影响,文中以316L不锈钢粉末为材料,设计了SLM成形316L不锈钢对照试验,并以试验为基础进行了数值模拟分析,首先采用离散元法(discrete element method,... 为研究激光选区熔化(selective laser melting,SLM)中工艺参数对成形过程及成形质量的影响,文中以316L不锈钢粉末为材料,设计了SLM成形316L不锈钢对照试验,并以试验为基础进行了数值模拟分析,首先采用离散元法(discrete element method,DEM)建立单层厚度为40μm的粉末模型,其次采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法模拟了激光对粉床的熔化过程,最后基于仿真温度场通过元胞自动机(cellular automaton,CA)对熔化区域微观组织进行模拟.结果表明,当激光热输入范围为136.4~250.0 J/m时,单道质量较高.当选定扫描间距为70μm时,激光热输入不应低于181.8 J/m,微观组织模拟结果表明,熔池内部的晶粒尺寸与激光功率和扫描速度密切相关.在合理的激光热输入范围内,当工艺参数组合为铺粉厚度为40μm,扫描间距为70μm,激光功率为200 W,扫描速度为1.1 m/s时,熔池微观组织中晶粒尺寸最小.文中采用的热流体流动模型和微观组织演化模型能够在不同尺度上对SLM成形结果进行准确的预测,并能在试验的基础上对工艺参数优化提供指导. 展开更多
关键词 激光选区熔化 316L不锈钢 熔池 元胞自动机 数值模拟
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TiCN/AlSi10Mg复合材料激光选区熔化过程多物理场建模及数值模拟
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作者 倪小南 王安森 +4 位作者 胡子健 杨温鑫 罗永康 胡振杰 邓欣 《材料导报》 北大核心 2025年第15期253-259,共7页
当前在金属基复合材料激光增材制造中针对陶瓷颗粒增强相作用机制的研究非常有限。因此,本研究采用激光选区熔化(SLM)技术制备了TiCN增强AlSi10Mg金属基复合材料(MMCs),研究了在激光功率为300 W下不同扫描速度对熔池热动力学及增强颗粒... 当前在金属基复合材料激光增材制造中针对陶瓷颗粒增强相作用机制的研究非常有限。因此,本研究采用激光选区熔化(SLM)技术制备了TiCN增强AlSi10Mg金属基复合材料(MMCs),研究了在激光功率为300 W下不同扫描速度对熔池热动力学及增强颗粒运动行为的影响。建立了包含固-液-气三相统一的多相流模型,并通过将相场(PF)法与粒子追踪模型耦合,成功求解了增强颗粒的运动行为。研究发现多物理场数值模拟与实验结果相吻合,验证了所构建数值模型的有效性。SLM过程经历了熔化坍塌、润湿铺展和冷却凝固三个阶段,熔池液面波动幅值和熔池速度均随扫描速度的增加而减小。气化反冲压力、Marangoni力和表面张力是熔池演化的主要驱动力,分别是熔池液面凹陷、环流效应和液面震荡的主要诱因。其中,Marangoni力产生的环流效应对陶瓷增强颗粒在熔池中的重排和分散行为具有重要贡献,是调控增强相均匀分布的有效物理机制。 展开更多
关键词 激光选区熔化 陶瓷增强颗粒 熔池演化 驱动力 分散机制
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