【摘 要】
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将超高速激光熔覆技术取代电镀铬,可解决电镀铬工艺因重金属铬离子(Cr6+)污染,而被禁止或限制的工业应用问题.金属工件表面镀硬铬,集耐蚀性防护、装饰于一体,有着巨大的应用前景.我国超高速激光熔覆技术的研发,主要侧重点在于设备集成与工艺试验研究,缺少熔覆过程仿真模型.以超高速激光熔覆环形熔覆头为研究对象,利用FLUENT建立了基于非稳态粒子追踪技术的CFD仿真模型,开发了一种针对环形熔覆头激光熔覆粉末的温度场模型.对超高速激光熔覆工艺进行了试验与分析,建立了该过程的理论模型.通过仿真结果发现,超高速激光熔覆
【机 构】
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文华学院机械与电气工程学部,湖北武汉430074;华中科技大学光学与电子信息学院,湖北武汉430074
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将超高速激光熔覆技术取代电镀铬,可解决电镀铬工艺因重金属铬离子(Cr6+)污染,而被禁止或限制的工业应用问题.金属工件表面镀硬铬,集耐蚀性防护、装饰于一体,有着巨大的应用前景.我国超高速激光熔覆技术的研发,主要侧重点在于设备集成与工艺试验研究,缺少熔覆过程仿真模型.以超高速激光熔覆环形熔覆头为研究对象,利用FLUENT建立了基于非稳态粒子追踪技术的CFD仿真模型,开发了一种针对环形熔覆头激光熔覆粉末的温度场模型.对超高速激光熔覆工艺进行了试验与分析,建立了该过程的理论模型.通过仿真结果发现,超高速激光熔覆环形熔覆头可以形成半径0.8 mm的粉斑,熔覆头下方15～19 mm空间内粉末浓度最高,并通过试验对比验证了模型的可行性.
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为方便、较准确地确定砂土变形模量,以水源九厂DN2200输水管道加固专项地质勘察为背景,对标准贯入试验击数和旁压试验获取的变形模量数据进行统计对比分析,建立了标准贯入击数与变形模量间的函数关系.考虑到不同粒径砂土对试验结果的影响,将粉细砂和中粗砂分别进行统计分析并建立函数关系.结果表明,粉细砂标准贯入试验击数与变形模量之间存在很高的正相关性.通过该关系式,利用标准贯入试验击数可便捷地计算出砂土变形模量指标参数,以满足工程实际需要.
以长沙市区某既有浅基础建筑物近邻非对称基坑工程为依托,通过有限差分法数值程序建立了考虑结构–基础–地基共同作用的数值模型.通过数值模拟方法,分析了建筑物两侧非对称基坑采用不同开挖方案对地层变形和既有建筑变形及受力的影响.数值分析结果表明,既有浅基础建筑物的存在,会影响基坑开挖引起坑外地表沉降曲线的形态.近邻既有建筑的非对称基坑开挖顺序也对地层变形及建筑结构受力有重要影响.综合考虑施工条件、基坑开挖对地层及建筑物变形影响等因素的情况下,应优先施工既有建筑远侧的基坑,后施工近侧基坑.
采用纳秒激光对厚度0.2 mm的316不锈钢进行搭接焊接,然后对焊点表面进行激光扫描修饰.通过对扫描修饰参数激光功率、激光频率、扫描速度进行三因素三水平正交试验,得知当激光功率25 W、激光频率600 kHz、扫描速度1 500 mm/s时,焊点余高28.7 μm.对焊点进行切片分析,结果表明,激光扫描修饰后,焊接过程中产生的黑色氧化层被修饰,焊点余高降低,且焊点外观不发黄、不发黑,满足生产要求.
采用碟片激光器对1.8 mm厚TA15轧制板与(1.8+1.8)mm厚ZTA15铸造钛合金锁底接头进行激光焊接,借助X射线衍射仪和金相显微镜分别观察了焊缝内部质量和显微组织,对激光焊后锁底接头的力学性能做出评估,通过扫描电子显微镜对锁底接头拉伸断口进行了分析.结果表明:选用合适的激光焊接工艺,可获得成形良好、表面呈银白色金属光泽、内部无超标缺陷的焊缝,同时接头具有优异的力学性能.焊缝中心和HAZ组织由细长针状马氏体α\'+α相+β相组成,锁底接头拉伸断裂部位主要在焊缝区,断裂形式属于以韧性断裂为主并伴
为了验证激光焊接满足发生器壳体连接要求,开发了光纤激光焊接试验系统,采用2 500 W激光器和LDD激光焊接全过程监测系统优化了安全气囊气体发生器壳体焊接工艺.进行了高强度低合金碳钢发生器壳体水爆压力试验和视觉检测试验研究,结果表明:当激光功率为1 400～1 500 W时,DAB5系列气体发生器壳体的水爆压力值达到66 MPa,壳体有开裂现象,焊接强度大于60 MPa,熔深在2～3 mm内,焊缝偏心距为0～0.2 mm,有效熔宽为0.5～0.8 mm,均满足指标要求.
为了研究熔透和未熔透两种状态下低碳钢气孔形成特征,试验控制保护气种类与表面氧化物两个条件,采用激光功率3 100 W、焊接速度10 mm/s,分别对6 mm和8 mm厚的低碳钢进行平板对接焊,观察焊缝纵断面气孔分布,使用电子显微镜观察其形貌及EDS分析孔壁元素,并讨论气孔产生的原因.另外,还设计熔透性试验,研究激光功率以及焊接速度对气孔的影响.结果表明:熔透状态的焊缝形成气孔数、气孔率远远小于未熔透状态的;CO2保护气以及表面氧化物在焊接过程中都有抑制气孔产生的作用;未熔透状态下出现较多的工艺类气孔与冶金
通过混合不同粒径、不同比例WC颗粒的纯Co粉末,在不同工艺装备和参数下进行激光熔覆试验及结果检测,证明大芯径、大光斑的半导体激光更适用于金属基硬质合金熔覆.通过降低光斑能量集中度,降低输入功率,减小热输入,增大WC颗粒粒径,降低WC颗粒的热敏感度,能有效抑制WC熔解和分解,减小熔覆层气孔数量和尺寸.采用基材预热或全Ar气保护可降低熔覆层的开裂倾向.全Ar气保护条件下,采用输入功率800 W、扫描速度4 mm/s、送粉率11 Hz参数组,或基材预热400～450℃条件下,采用输入功率800 W、扫描速度7
为了解工艺参数、形状参数对激光选区熔化制件成形精度的影响规律,针对高度方向的尺寸误差、圆弧表面的形状误差建立数学模型.利用316L粉末在200 μm度层厚的基础上进行激光选区熔化正交试验,选择激光填充功率、激光轮廓功率、扫描速度、形状参数、扫描间距五个因素四个水平进行试验.试验结果表明:影响表面粗糙度的因素为激光功率,功率增大,粗糙度值下降;影响轮廓度误差的因素为形状参数和填充激光功率.圆弧形状存在最差圆心角度,激光功率增大,轮廓度误差增大;影响高度方向尺寸误差的因素主要为零件本身结构,加工工艺对尺寸误差
水平悬垂面是一种特殊的悬垂结构,也是选区激光熔化(SLM)成形技术存在的难题.结合图像处理的方法,研究了不同激光功率下其首层表面轮廓特征的成形特点和成形质量的关系.结果表明:使用“线”形扫描策略,首层表面存在与扫描方向呈一定倾斜角度且不同大小的亮斑和孔隙,并随激光能量的输入而变化;减小激光功率,首层表面孔隙变大,熔道间的结合强度变低;通过“旋转式”重熔的扫描策略可以提高首层表面抵抗外力变形的能力,并有效地避免成形面翘曲变形、塌陷现象发生.
为改善钛合金(TC4)零部件硬度低、耐磨性差等缺陷,利用激光熔覆技术在TC4表面制备碳化硼/钴基合金(B4C/Co-balt-based)复合涂层.通过有限元法对复合涂层的温度场进行数值模拟,结合复合涂层的表面形貌和显微硬度分析,研究激光功率对单道激光熔覆B4C/Cobalt-based复合涂层的影响.结果表明:随着激光功率的升高,熔池峰值温度升高,热影响区增大,熔池深度增加,宽度几乎无变化;当激光功率为1 600 W时,复合涂层的显微硬度达到最高值,为618.7 HV(2N加载力),相较于TC4基底提升