小熔池激光沉积制造薄壁件沉积宽度的模型预测及试验研究

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作者 钦兰云 林鹏翔 +2 位作者 杨光 王雨时 周思雨 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第3期32-37,共6页

将激光沉积制造的热物理过程与薄壁件的几何特性相结合,基于层间沉积过程中的能量守恒关系建立了可以适配于小熔池激光沉积制造薄壁件沉积宽度的预测模型。该模型详细阐述了沉积宽度与激光功率、扫描速度与送粉速率之间的关系。利用Ti–... 将激光沉积制造的热物理过程与薄壁件的几何特性相结合,基于层间沉积过程中的能量守恒关系建立了可以适配于小熔池激光沉积制造薄壁件沉积宽度的预测模型。该模型详细阐述了沉积宽度与激光功率、扫描速度与送粉速率之间的关系。利用Ti–6Al–4V(TC4)粉末沉积制备了多组样品来进行预测模型的验证,结果表明,该模型可以准确地预测不同工艺参数下薄壁件的沉积宽度,提高了试验参数匹配的准确性与效率,并为小熔池激光沉积制造工艺成形精度控制奠定了理论基础。 展开更多

关键词 小熔池激光沉积制造 薄壁件 沉积宽度 模型预测 TC4

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激光熔覆熔池动态演化及缺陷工艺调控研究进展 被引量：6

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作者 宋宝强 门秀花 +4 位作者 张国昌 潘永智 李艳 蒋振峰 付秀丽 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期71-91,共21页

激光熔覆是一种高能束增材修复技术,具有热影响区小、组织性能可控性强、材料选择范围广等系列优势,目前已广泛应用于能源动力等领域关键金属构件的增材制造成形与受损零部件的修复再制造中。激光熔覆是以“激光”为热源的能量沉积技术... 激光熔覆是一种高能束增材修复技术,具有热影响区小、组织性能可控性强、材料选择范围广等系列优势,目前已广泛应用于能源动力等领域关键金属构件的增材制造成形与受损零部件的修复再制造中。激光熔覆是以“激光”为热源的能量沉积技术,包括高能激光束冲击、表面熔池熔化快凝及熔覆表面层形成等多种物理、化学过程,其中熔池内金属热流体动力演化行为与熔覆层缺陷及表层组织性能调控密切相关。金属熔池具有“急热骤冷”的凝固特征,其内部对流、传热和传质等行为决定了熔覆层中温度及应力分布状态,是诱导熔覆层内气孔、裂纹等组织内部缺陷形成的关键因素。从激光熔覆过程中熔池内部对流、传热与传质的动态物理特性出发,论述了激光热源的理论模型设计、动态熔池中“流场+温度场+应力场”的多物理场数值模拟等方面的相关研究。在此基础上,分析了激光熔覆层典型缺陷-裂纹和气孔的形成机理及特征,总结了“材料-工艺-熔凝行为-涂层缺陷”的内在关联机制。同时,针对单一工艺方式调控熔池内熔凝过程的局限性,概述了多种复合能量场调控技术对熔覆层内部缺陷的作用机制与调控效果。最后,总结了当前激光熔覆层缺陷动态形成过程中存在的问题,并对其发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 激光熔覆 热源模型 熔池演化 熔凝过程 缺陷控制 复合能场调控

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激光熔凝温度场的数值计算 被引量：8

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作者 刘振侠 黄卫东 +1 位作者 杨森 刘建睿 《西北大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2001年第3期199-202,共4页

利用激光圆形光斑对称性的特点 ,建立了激光表面快速熔凝条件下温度场的二维数值模型。边界条件用点源模型推导 ,同时采用 SIMPLE算法进行计算。在保证精度的条件下简化了计算 (相对于三维 )。计算结果与实验结果吻合良好 ,表明这种算... 利用激光圆形光斑对称性的特点 ,建立了激光表面快速熔凝条件下温度场的二维数值模型。边界条件用点源模型推导 ,同时采用 SIMPLE算法进行计算。在保证精度的条件下简化了计算 (相对于三维 )。计算结果与实验结果吻合良好 ,表明这种算法在一定条件下能够准确地反映激光表面熔凝过程中 ,熔池纵截面的温度场信息及激光重熔过程中生长界面的形态。 展开更多

关键词 激光熔凝 熔池 温度场 点源法 数值计算 SIMPLE算法 凝固组织

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深熔激光焊接数学模型研究现状 被引量：3

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作者 熊建钢 胡强 +2 位作者 李志远 王力群 段爱琴 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第9期803-807,共5页

对已有的有关深熔激光的数学模型的类型、建模方法及其应用进行了讨论 ,评述了深熔激光焊接小孔和熔池形状数学模型的研究现状 ,对深熔激光焊焊缝形状预测和工艺参数优化人工神经网络模型等典型的模型进行了介绍。

关键词 深熔激光焊接 数学模型 小孔 熔池 焊缝形状 工艺参数 人工神经网络模型

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基于适体坐标系的TCGMAW熔池行为数值模拟 被引量：2

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作者 王振民 薛家祥 +1 位作者 赵朋成 黄石生 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第8期22-26,共5页

为了解双丝共熔池气体保护焊的工艺机理,优化工艺参数,对其熔池流场数学模型进行了研究.在分析熔池表面变形的基础上,利用适体坐标变换将熔池表面变形后所形成的复杂物理边界转变为非正交适体坐标系下规则的计算边界,使坐标轴与计算区... 为了解双丝共熔池气体保护焊的工艺机理,优化工艺参数,对其熔池流场数学模型进行了研究.在分析熔池表面变形的基础上,利用适体坐标变换将熔池表面变形后所形成的复杂物理边界转变为非正交适体坐标系下规则的计算边界,使坐标轴与计算区域的边界一致,从而建立适体坐标系下的离散化控制方程组,并对其能量和动量边界条件分别进行离散求解,进而建立了三维准稳态双丝气体保护焊接熔池流场的数值分析模型,最后采用SIMPLEC算法进行了数值模拟实验.结果表明,该方法较好地处理了熔池表面变形与流场和热场的耦合问题,使得模拟过程更加符合实际情况. 展开更多

关键词 双丝共熔池气体保护焊 适体坐标系 熔池 流场 数学模型 数值模拟

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基于VOF模型的移动TIG焊三维瞬态熔池行为分析 被引量：1

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作者 罗家元 杨全 《热加工工艺》 北大核心 2020年第21期102-106,共5页

根据钨极惰性气体保护焊(TIG)实际的熔池情况,建立了移动热源作用下的三维瞬态熔池数值计算模型。考虑了熔池内部所受到的浮力、电磁力、Marangoni力等综合作用对熔池流场和温度场的影响,获得了各时段不同焊接电流TIG焊的熔池行为变化... 根据钨极惰性气体保护焊(TIG)实际的熔池情况,建立了移动热源作用下的三维瞬态熔池数值计算模型。考虑了熔池内部所受到的浮力、电磁力、Marangoni力等综合作用对熔池流场和温度场的影响,获得了各时段不同焊接电流TIG焊的熔池行为变化规律。结果表明,焊接熔池在电弧压力、电磁力、浮力和Marangoni力的共同作用下快速流动搅拌,使形成的焊缝较为均匀。在焊接热源移动过程中,熔池前端等温线被"压缩",热量密度较为集中,温度梯度较大。而尾部发生明显"拖尾",且热量分散,真实地反映了焊接熔池的演变。在此基础上,增大焊接电流后,熔池搅动增速,使得热量传播效率提升,引起了熔池体积增大。 展开更多

关键词 TIG焊 VOF模型 熔池行为 FLUENT

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焊接热源模型参数求解中熔池形状的提取技术

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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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熔滴短路过渡建模及熔池三维瞬态行为模拟

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作者 夏胜全 朱志明 孙晓明 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期160-165,共6页

针对短路过渡CO_2焊接的熔滴过渡随机性强、熔池动态行为复杂的特点,考虑熔滴与熔池短路时刻、短路时刻的熔滴半径、温度和中心位置等随机因素,提出了熔滴短路过渡行为模型.采用非对称高斯热源表征电弧热流密度沿焊接方向的非对称性,采... 针对短路过渡CO_2焊接的熔滴过渡随机性强、熔池动态行为复杂的特点,考虑熔滴与熔池短路时刻、短路时刻的熔滴半径、温度和中心位置等随机因素,提出了熔滴短路过渡行为模型.采用非对称高斯热源表征电弧热流密度沿焊接方向的非对称性,采用附加源项法处理熔池各动量源,采用VOF追踪熔池气-液界面,采用液相分数法和焓-孔隙度法处理液-固糊状区熔化金属凝固潜热及动量损失,建立了短路过渡焊接熔池的三维瞬态模型.基于FLUENT软件二次开发,模拟了熔池的动态行为,研究了熔池温度场和流场的瞬态变化.对比等速送丝和脉冲送丝情况,熔滴短路间隔时间的概率密度分布和焊缝成形的模拟与实验结果吻合良好,验证了熔滴短路过渡行为模型和熔池三维瞬态模型的有效性. 展开更多

关键词 短路过渡行为模型 熔池动态行为 数值模拟 短路过渡频率 焊缝成形

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电渣重熔工艺对GCr15轴承钢凝固组织的影响 被引量：5

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作者 吕斌 李志强 +3 位作者 杨智勇 刘小龙 李卫京 韩建民 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第24期24134-24141,共8页

基于CAFE法(元胞自动机-有限元模型),采用ProCAST对电渣重熔方法生产的GCr15轴承钢钢锭的微观组织进行数值模拟,得到了电渣钢锭的晶粒生长过程、熔池形状变化和晶区分布情况,并分析了不同的工艺参数对熔池形状以及凝固组织的影响。熔池... 基于CAFE法(元胞自动机-有限元模型),采用ProCAST对电渣重熔方法生产的GCr15轴承钢钢锭的微观组织进行数值模拟,得到了电渣钢锭的晶粒生长过程、熔池形状变化和晶区分布情况,并分析了不同的工艺参数对熔池形状以及凝固组织的影响。熔池深度随着钢锭固相区的扩展而变得越来越深,当钢锭长到一定高度,熔池深度和晶粒生长方向均不再变化。研究结果表明:结晶器冷却强度越大,熔池温度越低,熔池深度与钢锭半径之比h/R越小,而晶粒平均尺寸增大且柱状晶越多;渣池温度越高,h/R越大,晶粒平均尺寸增大;重熔速度是最显著的影响因素,熔速增大,h/R显著增大,柱状晶尺寸增大且数量增多。经过对电渣锭的凝固组织观察试验发现,模拟结果与试验结果有较好的一致性。 展开更多

关键词 元胞自动机-有限元模型(CAFE) 电渣重熔 GCR15轴承钢 金属熔池 微观组织

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基于方差分解的堆芯下封头熔池模型敏感性分析 被引量：1

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作者 李治刚 安萍 +3 位作者 明平洲 潘俊杰 芦韡 余红星 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1409-1417,共9页

下封头熔池模型是熔融物堆内滞留(IVR)有效性评价的重要模型,具有关系式复杂、输入参数多且具有较大不确定性的特点,传统的局部敏感性分析方法在进行复杂模型敏感性分析时具有计算量大、效率低的缺点。本文基于方差分解的全局敏感性分... 下封头熔池模型是熔融物堆内滞留(IVR)有效性评价的重要模型,具有关系式复杂、输入参数多且具有较大不确定性的特点,传统的局部敏感性分析方法在进行复杂模型敏感性分析时具有计算量大、效率低的缺点。本文基于方差分解的全局敏感性分析方法,采用中国核动力研究设计院自主研发的敏感性分析工具SALib和熔融物堆内滞留软件CISER,针对下封头壁面热流密度比等5个关键结果参数开展了输入参数敏感性分析,得到了输入参数对关键结果的敏感性系数及影响趋势,可为下封头熔池模型和严重事故策略的优化提供参考。 展开更多

关键词 方差分解 熔池模型 全局敏感性分析 SALib

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等离子弧焊接熔池和小孔形成过程数值分析 被引量：5

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作者 邱涛 李天庆 +2 位作者 陈长新 王昊 陈璐 《精密成形工程》 北大核心 2023年第8期178-190,共13页

目的研究等离子弧焊接穿孔过程中熔池内部的金属流动情况和小孔动态变化过程。方法通过“传热-熔池流动-小孔”之间的相互耦合关系,建立了等离子弧焊接穿孔过程的数值分析模型,通过VOF方法追踪了小孔界面,采用FLOW-3D软件模拟了等离子... 目的研究等离子弧焊接穿孔过程中熔池内部的金属流动情况和小孔动态变化过程。方法通过“传热-熔池流动-小孔”之间的相互耦合关系,建立了等离子弧焊接穿孔过程的数值分析模型,通过VOF方法追踪了小孔界面,采用FLOW-3D软件模拟了等离子弧焊接熔池和小孔的形成过程,定量计算了等离子弧焊接温度场、熔池流场及小孔形状;分析了等离子弧焊接熔池和小孔行为;并通过等离子弧焊接实验数据验证了模拟结果。结果当焊接时间为0~1.0 s时,小孔深度曲线与熔深曲线几乎相同,小孔底部紧贴熔池底部;在2.8s以后,小孔深度曲线与熔深曲线有一定距离,小孔深度曲线在一定范围内波动,等离子弧焊接电弧挖掘作用到达极限,电弧压力与其他力达到平衡状态。模拟的焊缝熔深为8.04mm、熔宽为13.20mm,实验测得的焊缝熔深为8.00 mm、熔宽为13.42 mm。结论构建的随小孔动态变化的曲面热源模型和电弧压力模型可以描述等离子弧焊接过程中的电弧热-力分布;模拟出了等离子弧焊接熔池和小孔动态演变过程;模拟得到的等离子弧焊接焊缝形貌与实验测得的焊缝形貌基本吻合。 展开更多

关键词 等离子弧焊接 熔池 小孔 热源模型 数值分析

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GTAW耦合模型数值模拟研究进展 被引量：1

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作者 郭瑞 岳建锋 +1 位作者 常玉烁 刘文吉 《热加工工艺》 北大核心 2021年第9期1-4,共4页

计算机技术的发展使焊接数值模拟技术成为人们研究电弧-熔池行为最重要的方式之一。在钨电极惰性气体保护焊(GTAW)仿真模拟过程中,为了准确描述电弧-熔池行为,需要构建相互耦合的数值模型。对模型中涉及的电弧物理特性进行了阐述,并将G... 计算机技术的发展使焊接数值模拟技术成为人们研究电弧-熔池行为最重要的方式之一。在钨电极惰性气体保护焊(GTAW)仿真模拟过程中,为了准确描述电弧-熔池行为,需要构建相互耦合的数值模型。对模型中涉及的电弧物理特性进行了阐述,并将GTAW耦合模型总结为阴极-电弧耦合、阴极-电弧-熔池全耦合两种类型。综述了每种类型的优缺点,讨论现有方法的不足和未来的研究趋势。 展开更多

关键词 耦合模型 数值模拟 电弧 熔池

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激光熔覆的数值模型研究进展 被引量：7

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作者 卢彩彬 李新梅 赵海洋 《机电工程》 CAS 北大核心 2020年第10期1151-1157,共7页

针对激光熔覆工艺参数选择及数值模型建立的问题,对激光熔覆各个阶段的数值模型进行了研究。对主要过程中的粉末流体动力学模型、熔池模型和熔覆层模型的建立进行了归纳,提出了考虑不同因素条件下各个模型的发展进程,利用激光熔覆过程... 针对激光熔覆工艺参数选择及数值模型建立的问题,对激光熔覆各个阶段的数值模型进行了研究。对主要过程中的粉末流体动力学模型、熔池模型和熔覆层模型的建立进行了归纳,提出了考虑不同因素条件下各个模型的发展进程,利用激光熔覆过程各个阶段之间的作用关系,在输入、输出参数和输出精度上对熔覆层及其性能进行了评价分析。研究结果表明:各个阶段的数值模型都需要在选择合适的工艺参数和考虑综合因素下建立稳定的模型,可为激光熔覆实验研究和后续相关模型以及预置粉末系统的数值模型研究提供参考依据;该结果对激光熔覆过程中缺陷的在线检测具有一定的实用意义。 展开更多

关键词 激光熔覆 数值模型 粉末流体动力学模型 熔池模型 熔覆层模型

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反应堆内熔融物冷却的三维数值模拟研究

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作者 薛峰 袁明豪 +1 位作者 张建 陈秋炀 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1255-1263,共9页

目前国际上普遍采用堆芯熔融物压力容器内滞留(IVR)策略来缓解严重事故后果。本文基于日本应用能源研究所开发的核电厂事故分析程序SAMPSON,对其压力容器内熔融物冷却分析(DCA)模块进行改进,增加了熔池内金属和氧化物分层模型,开发了熔... 目前国际上普遍采用堆芯熔融物压力容器内滞留(IVR)策略来缓解严重事故后果。本文基于日本应用能源研究所开发的核电厂事故分析程序SAMPSON,对其压力容器内熔融物冷却分析(DCA)模块进行改进,增加了熔池内金属和氧化物分层模型,开发了熔融物三维直角坐标网格与压力容器三维曲面坐标的交界面几何参数前处理程序,改进了压力容器外冷却的传热关系式。通过AP1000核电机组严重事故下的IVR对改进后的程序进行分析验证,并与实验结果进行对比。结果表明,改进后的SAMPSON程序可对核电厂严重事故下下封头内的熔融物冷却滞留开展有效的模拟分析。 展开更多

关键词 严重事故 SAMPSON程序 熔融物压力容器内滞留 两层熔池模型

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