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压铸铝合金激光焊接气孔控制机理研究
1
作者 刘金涛 陈令杰 +4 位作者 贺鹏 张富斌 陈树海 韩刚 蒋晓博 《焊接学报》 北大核心 2026年第1期108-116,共9页
针对AlSi_(10)MnMg压铸铝合金熔化焊气孔缺陷问题,结合热力学与动力学原理建立气泡形核和长大模型,理论研究熔池凝固阶段固/液界面处氢溶解度差异引发的气泡演变行为,并通过激光焊接试验探究熔池行为对气孔的控制规律.结果表明,熔池内... 针对AlSi_(10)MnMg压铸铝合金熔化焊气孔缺陷问题,结合热力学与动力学原理建立气泡形核和长大模型,理论研究熔池凝固阶段固/液界面处氢溶解度差异引发的气泡演变行为,并通过激光焊接试验探究熔池行为对气孔的控制规律.结果表明,熔池内氢浓度分布不均会导致过饱和氢在固/液界面前沿析出,是气孔产生的根本原因;气孔形成是气泡上浮速度与固/液界面推移速度竞争的结果,受熔池动态行为直接影响.在连续激光焊中,焊接速度与气孔数量正相关、与气孔率负相关,归因于焊接速度提升加快熔池凝固、抑制气泡长大;模型预测值与试验值趋势一致且差距随焊接速度增加而缩小.而在脉冲激光焊中,脉冲宽度增加使气孔率持续上升;而脉冲频率为关键调控参数,整体表现为在60 Hz时气孔数量骤减并趋于稳定. 展开更多
关键词 压铸铝合金 气孔缺陷 激光焊接 熔池行为 形核与生长模型
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选区激光熔化成形非晶合金的铺粉行为和温度场
2
作者 纪佳委 杨豪 +3 位作者 武超玮 谢诗妍 王铭恩 葛亚琼 《应用激光》 北大核心 2026年第1期17-27,共11页
选区激光熔化(selective laser melting,SLM)可用于制作要求精度高、结构复杂的零件,在航空航天、医疗等领域得到很大的发展与应用。以Zr基非晶合金的SLM成形为研究对象,采用Zr基非晶合金粉末为原材料,采用计算机模拟仿真的方法,对SLM... 选区激光熔化(selective laser melting,SLM)可用于制作要求精度高、结构复杂的零件,在航空航天、医疗等领域得到很大的发展与应用。以Zr基非晶合金的SLM成形为研究对象,采用Zr基非晶合金粉末为原材料,采用计算机模拟仿真的方法,对SLM成形非晶合金的铺粉行为、熔池特征等进行计算机仿真,获得粉床成形特征及熔池流动行为特征,以此为基础优化SLM成形非晶合金的工艺。研究结果表明,粉床成形质量受粉末粒径、铺粉速度、铺粉角度和刮板间隙的影响,当铺粉速度控制在0.05m/s,刮板间隙高度为70μm,铺粉角度为75°,粉末粒径为15μm时,可以获得致密性最高、均匀性较好的粉床。距离激光热源越近,温度越高,温度场分布较密,温度梯度越大。热源中心的最高温度与激光功率呈正相关,激光功率越大,热源中心的最高温度越大;与扫描速度呈负相关,扫描速度越快,温度越低。 展开更多
关键词 选区激光熔化 ZR基非晶合金 铺粉行为 熔池特征
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粉末粒径对选区激光熔化中熔池行为的影响
3
作者 张凯杨 李奥楠 《内燃机与配件》 2026年第3期44-47,共4页
选区激光熔化作为金属增材制造技术的重要工艺手段,广泛应用于汽车工业、航空航天等领域。粉末粒径分布对选区激光熔化中熔池运动行为有重要影响。本文采用离散单元法与计算流体力学耦合的方法,对316L不锈钢在高斯激光下的选区激光熔化... 选区激光熔化作为金属增材制造技术的重要工艺手段,广泛应用于汽车工业、航空航天等领域。粉末粒径分布对选区激光熔化中熔池运动行为有重要影响。本文采用离散单元法与计算流体力学耦合的方法,对316L不锈钢在高斯激光下的选区激光熔化过程进行了数值模拟。通过对比不同粒径粉末的熔池行为,研究粉末粒径分布对熔池形态与温度分布的影响。结果表明,较小粒径分布的粉末床能量吸收与传递效率高,熔池稳定性高,整体形态呈现深熔型特征,但仍有孔隙缺陷出现;较大粒径分布的粉末床能量吸收与传递效率较低,熔池中温度梯度小,整体形态呈现浅广型特征,但易出现未熔合缺陷,导致成型件致密度降低。该耦合计算方法可对选区激光熔化及激光焊接等加工技术中的传热传质过程提供仿真技术指导。 展开更多
关键词 选区激光熔化 粉末粒径分布 熔池行为 数值模拟 激光焊接
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同轴激光熔覆粉末的熔化行为表征与分析
4
作者 朱明 张宗智 +2 位作者 杨骞 石玗 樊丁 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第24期212-224,共13页
同轴送粉激光熔覆过程中激光热量在粉末与熔池中的作用与分配对成形质量有着重要影响。针对作用形式最为复杂且难以红外实时检测的粉末与激光的热交互作用展开研究,首先建立了高速摄像系统并对标记的单颗粉末同轴送入激光后的熔化过程... 同轴送粉激光熔覆过程中激光热量在粉末与熔池中的作用与分配对成形质量有着重要影响。针对作用形式最为复杂且难以红外实时检测的粉末与激光的热交互作用展开研究,首先建立了高速摄像系统并对标记的单颗粉末同轴送入激光后的熔化过程进行了采集与分析,研究了粉末熔化过程中不同特征阶段的热物理行为并建立了数学模型;同时由于难以根据有效的温度数据对模型进行验证和优化,故采用高速摄像统计分析了不同特征阶段的持续时间,与模型的计算结果进行了对比分析;最后在模型优化的基础上仿真预测了粉末即将进入熔池的温度与状态,为进一步分析粉末与熔池的热交互作用提供理论依据。研究结果表明:单颗粉末进入熔池后存在“固态→固液两相态→液态”的转变,不同转变过程的持续时间及热物理行为的变化并不相同;据此建立的数学模型可以动态描述粉末同轴送入激光后不同熔化阶段的持续时间与温度特征,通过与高速摄像统计数据对比验证了模型的有效性与准确性;仿真预测了粉末即将进入熔池时的温度特征,并分析了不同激光功率对粉末即将进入熔池时状态的影响与作用。 展开更多
关键词 同轴送粉 激光熔覆 粉末熔化行为 高速摄像 熔池
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激光增材制造Ti6Al4V点阵结构的抗压吸能特性 被引量：7
5
作者 徐仰立 曹玄扬 +2 位作者 李婷婷 谭援强 黄国钦 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期2536-2544,共9页
人体骨骼受到碰撞后的断裂过程伴随着能量吸收,多孔骨植入体的设计需考虑结构的抗压吸能特性。在空间尺寸(20 mm×20 mm×30 mm)内,通过拓扑优化设计和激光增材制造技术制备不同胞元尺寸和相对密度的Ti6Al4V点阵结构,采用熔池... 人体骨骼受到碰撞后的断裂过程伴随着能量吸收,多孔骨植入体的设计需考虑结构的抗压吸能特性。在空间尺寸(20 mm×20 mm×30 mm)内,通过拓扑优化设计和激光增材制造技术制备不同胞元尺寸和相对密度的Ti6Al4V点阵结构,采用熔池监控、单向压缩实验和有限元仿真方法,探究了点阵结构的表面质量、断裂形变规律和吸能特性。结果表明,点阵结构的结构参数受熔池温度场和粉末支持力的影响;点阵结构的抗压行为遵循弹脆性变化规律,断裂带与制造方向呈45°;点阵结构的断裂机制为韧性断裂,裂纹沿内部微孔洞分布方向扩展;能量吸收能力随着相对密度增大呈递增趋势,随着胞元尺寸增大呈递减趋势;能量吸收效率随着相对密度增大呈递减趋势,随着胞元尺寸增大呈递增趋势。 展开更多
关键词 TI6AL4V 点阵结构 熔池监控 抗压行为 能量吸收
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激光功率与底面状态对选区激光熔化球化的影响 被引量：11
6
作者 冯一琦 谢国印 +3 位作者 张璧 乔国文 高尚 白倩 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期229-238,共10页
为研究激光功率与底面状态对选区激光熔化熔池流动的影响,基于离散单元法建立了选区激光熔化铺粉模型,采用粒径分布与实验相符的马氏体时效钢粉末分别铺展到平坦底面和增材底面上,将计算获得的粉末分布导入到基于有限体积法建立的选区... 为研究激光功率与底面状态对选区激光熔化熔池流动的影响,基于离散单元法建立了选区激光熔化铺粉模型,采用粒径分布与实验相符的马氏体时效钢粉末分别铺展到平坦底面和增材底面上,将计算获得的粉末分布导入到基于有限体积法建立的选区激光熔化熔池计算流体力学模型中,研究激光功率和基板底面粗糙度对熔池流动和熔道表面形貌的影响。采用激光单道扫描实验验证铺粉模型和选区激光熔化模型。结果表明:随着激光功率的降低,单位长度的球化数量增加;由于增材底面使熔池润湿性变差,同时又对熔池流动行为产生扰动,使得增材粗糙底面上熔道的球化数量增加。选区激光熔化铺粉模拟及激光单道扫描模拟结果与实验结果吻合较好。本研究可为选区激光熔化工艺中工艺参数的选择提供理论指导。 展开更多
关键词 选区激光熔化 球化现象 离散元方法 计算流体力学 熔池流动
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激光增材制造筒段内筋结构熔池热动力学行为
7
作者 石新宇 历彦泽 +1 位作者 陈铭源 顾冬冬 《机械工程学报》 北大核心 2025年第9期89-100,共12页
航空航天领域中筒体构件内部加强筋结构的设计与制造可为其实现轻量化及力学性能提升,结合内壁激光增材制造的复合制造技术能有效实现筒段内部复杂筋体结构成形及高度方向尺寸拓展。本研究通过激光增材沉积AlMgScZr合金,在径向上对旋压... 航空航天领域中筒体构件内部加强筋结构的设计与制造可为其实现轻量化及力学性能提升,结合内壁激光增材制造的复合制造技术能有效实现筒段内部复杂筋体结构成形及高度方向尺寸拓展。本研究通过激光增材沉积AlMgScZr合金,在径向上对旋压成形的2219铝合金筒体内筋实现了增高,并开展了熔池热力学行为仿真分析与实验验证,研究了在倾斜筋体表面上的沉积过程中,工艺参数对熔池温度场、速度场、三维尺寸的影响规律,揭示了激光能量输入、入射粉流和热力学边界条件与熔体运动及熔池表面形貌演变的作用机制。当激光功率由1000 W增至1600 W时,熔池三维尺寸定量(长1.298 mm、宽1.580 mm和深0.091 mm)持续增加至(长3.856 mm、宽3.556 mm和深0.725 mm)熔池长度增加27.18%(3.856 mm);随传热方式转变及质量输入减小,沉积增长率逐渐减小(由60.92%减至27.14%)。熔体运动行为受马兰戈尼力与入射粉末冲击力的共同作用,长度方向质量输入作用于熔池前端,熔体向后运动;宽度方向上引起熔体回流。沉积方向上,熔池下半区表面熔体速率为0.021m/s且矢量为负,熔池表面凹陷;上半区表面速度分矢量为正(0.0057 m/s),熔池表面凸起,沉积材料在上半区偏聚。随基体表面倾角增大,激光能量密度下降,在倾角为30°时熔体热动力情况达到较为稳定的平衡状态;增加至45°时能量密度过低,熔体流动性降低,沉积效率与成形性降低。 展开更多
关键词 激光定向能量沉积 斜面基体 模拟仿真 熔池形貌 熔体运动行为
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激光选区熔化成形悬垂结构熔池行为试验分析 被引量：22
8
作者 刘婷婷 张长东 +2 位作者 廖文和 张凯 吴根丽 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期70-76,共7页
采用Z-型和岛式两种扫描策略,利用激光选区熔化(SLM)技术成形了具有不同悬垂角度的Ti6Al4V试件,研究了熔池行为与悬垂角度和成形质量之间的关系。结果表明,成形过程中,熔池面积先快速变大,达到峰值后,再随着成形高度的增加而缓慢减小。... 采用Z-型和岛式两种扫描策略,利用激光选区熔化(SLM)技术成形了具有不同悬垂角度的Ti6Al4V试件,研究了熔池行为与悬垂角度和成形质量之间的关系。结果表明,成形过程中,熔池面积先快速变大,达到峰值后,再随着成形高度的增加而缓慢减小。与面扫描相比,轮廓扫描时熔池明显不稳定,熔池面积振幅大。随着悬垂角度的减小,熔池面积变小,悬垂表面粗糙度变大。与Z-型扫描方式相比,岛式扫描策略下熔池面积较小,熔池更为不稳定,且悬垂表面粗糙度高。 展开更多
关键词 激光技术 激光选区熔化 悬垂角度 扫描策略 熔池行为 成形质量
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激光选区熔化高强铝合金热行为模拟研究 被引量：2
9
作者 杨雪慧 张争艳 王顺 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2022年第23期179-185,共7页
针对高强铝合金利用选区激光熔化技术成形困难的问题,基于ANSYS软件进行有限元分析研究激光选区熔化变形铝合金,揭示了成形过程中温度场分布与基本特征,并通过温度分布云图研究了扫描道的温度梯度变化。同时,研究了激光功率和扫描速度... 针对高强铝合金利用选区激光熔化技术成形困难的问题,基于ANSYS软件进行有限元分析研究激光选区熔化变形铝合金,揭示了成形过程中温度场分布与基本特征,并通过温度分布云图研究了扫描道的温度梯度变化。同时,研究了激光功率和扫描速度对熔池热行为的影响,借助仿真研究了扫描工艺参数对熔池形态变化的影响规律。结果发现:在仿真成形过程中,熔池尺寸与扫描速度呈非线性变化关系,与激光输入的线能量密度呈正相关,随着能量密度的增加,尺寸增加。通过试验对该模拟结果进行验证,此研究可以为后续的成形分析提供理论参考。 展开更多
关键词 激光光学 选择性激光熔化 数值模拟 高强铝合金 熔池形态 热行为
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