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激光焊接熔池表面氧化物运动观测分析及周期性涡流变化探究
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作者 魏伟 莫鸿源 +4 位作者 李光先 孔前程 彭重清 王伟 龙雨 《航空制造技术》 北大核心 2026年第4期52-60,共9页
激光焊接凭借高焊缝质量、高加工效率及低热影响区等优势,已在航空航天、汽车等领域广泛应用。焊接熔池表面波动直接影响焊缝成形质量,因此探究浅层熔体的流动行为对了解焊接过程具有重要意义。本文在焊接过程中引入少量氧化铝颗粒(Al_(... 激光焊接凭借高焊缝质量、高加工效率及低热影响区等优势,已在航空航天、汽车等领域广泛应用。焊接熔池表面波动直接影响焊缝成形质量,因此探究浅层熔体的流动行为对了解焊接过程具有重要意义。本文在焊接过程中引入少量氧化铝颗粒(Al_(2)O_(3))作为示踪剂,结合图像处理与机器学习方法,提取并分析了熔池表面氧化物的运动轨迹,量化了不同熔透阶段下表面熔体的流速变化。通过关联温度、飞溅及熔池光斑频率等特征,揭示了完全熔透阶段熔池表面两侧涡流的周期性变化规律,并阐明其分别与飞溅行为及锁孔贯穿现象之间的关联。本研究对分析熔池浅层表面的流动和优化焊接表面质量具有重要参考价值。 展开更多
关键词 激光焊接 熔池流动 熔池监测 图像处理 机器学习
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特大型GH4169铸锭真空自耗过程工艺优化及控制
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作者 李澍 张亨年 +2 位作者 江河 姚志浩 董建新 《航空学报》 北大核心 2026年第2期303-317,共15页
为研究超大尺寸GH4169铸锭真空自耗熔炼工艺,避免冶金缺陷。基于经过大量工业验证的MeltFlow软件构建了∅1000 mm大尺寸GH4169真空自耗过程工艺的优化方法,对真空自耗重熔过程中熔池形貌演变、元素的宏观分布特征、夹杂物的分布规律、凝... 为研究超大尺寸GH4169铸锭真空自耗熔炼工艺,避免冶金缺陷。基于经过大量工业验证的MeltFlow软件构建了∅1000 mm大尺寸GH4169真空自耗过程工艺的优化方法,对真空自耗重熔过程中熔池形貌演变、元素的宏观分布特征、夹杂物的分布规律、凝固特征进行了研究,并探究了熔速、冷却方式、热封顶工艺对成斑概率、二次枝晶间距、元素分布、缩孔及元素宏观分布的影响。真空自耗重熔1055 min后熔池逐渐趋于稳定,最大熔池深度、糊状区宽度分别为316、37 mm,熔池整体形貌呈“U”型特征。稳定熔炼期间,模拟的铸锭表面、中心的冷却速率分别为0.390、0.025 K/s。铸锭表面、心部的一次枝晶间距分别为205、512μm,二次枝晶间距分别为60、174μm。总体上Nb、Mo、Ti、Al元素在整个铸锭上均匀分布。针对∅1000 mm超大尺寸GH4169铸锭,熔速控制在3~8 kg/min范围,采用水冷或氦气冷却时,熔速、冷却速率增大会使二次枝晶间距减小,熔速、冷却条件的变化会影响瑞利数的分布,但瑞利数均小于1,产生黑斑的概率较小。在热封顶工艺中,快速降电流阶段、缓慢补缩阶段、低电流保温阶段3个阶段时间相同的热封顶工艺可以显著减小铸锭心部的二次枝晶间距并减轻铸锭心部的成斑概率。 展开更多
关键词 GH4169 真空自耗重熔 熔池 枝晶间距 黑斑
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坡口工艺对焊接质量影响机制的研究进展
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作者 于勤伟 谭孟佳 +2 位作者 李函 赵泳林 韩冰源 《机械工程材料》 北大核心 2026年第1期9-15,30,共8页
针对复杂零件或中厚母材焊接,开坡口能提高焊接接头的综合力学性能,实现单面加工双面成形焊接。相比未开坡口,开坡口焊接接头的热量分布更加均匀,热影响区面积更小,有助于保持母材的性能,同时显著减小因热积累引起的变形与焊后残余应力... 针对复杂零件或中厚母材焊接,开坡口能提高焊接接头的综合力学性能,实现单面加工双面成形焊接。相比未开坡口,开坡口焊接接头的热量分布更加均匀,热影响区面积更小,有助于保持母材的性能,同时显著减小因热积累引起的变形与焊后残余应力。综述了坡口形式和坡口尺寸(坡口角度、坡口宽度及根部间隙)等参数对焊接质量的影响,阐释了坡口参数对焊缝成形与残余应力的影响机制,指出了当前坡口设计与应用中面临的主要挑战,并对该领域的未来研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 坡口工艺 再制造 焊接成形 残余应力 熔池
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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
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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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电极极心距对交流电阻炉内电热传递影响的数值模拟
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作者 陈伟 范宇星 +4 位作者 赵凯 王宝祥 甄常亮 王伟兴 陈颖 《材料与冶金学报》 北大核心 2026年第1期86-93,共8页
建立了交流电阻炉三维稳态数学模型,研究了电极极心距对炉内电热传递的影响.结果表明:随着电极极心距的增大,炉内中心区域和电极附近的电流密度逐渐减小,电极内外侧电流密度峰值的差值由1.10 kA/m^(2)减小至0.55 kA/m^(2),炉内的电流分... 建立了交流电阻炉三维稳态数学模型,研究了电极极心距对炉内电热传递的影响.结果表明:随着电极极心距的增大,炉内中心区域和电极附近的电流密度逐渐减小,电极内外侧电流密度峰值的差值由1.10 kA/m^(2)减小至0.55 kA/m^(2),炉内的电流分布逐渐均匀;集中在电极内侧的焦耳热密度峰值减小至1.16 MW/m^(3),电极内侧和中心区域的焦耳热密度显著减小,电极外侧焦耳热密度接近内侧焦耳热密度;高温区与炉壁附近的温差由4425 K减小至1917 K,有效减少了炉内局部过热现象的发生;熔池体积逐渐增大,在整个炉料中的占比增加了35.1%,熔池边界与炉壁的距离由21.24 dm减小至16.27 dm. 展开更多
关键词 交流电阻炉 电热传递 电极极心距 熔池
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基于风场的GMAW焊接电弧与熔池行为数值模拟研究
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作者 周子昂 范秋月 +2 位作者 肖子华 李铭涛 魏世轩 《热加工工艺》 北大核心 2026年第1期93-98,106,共7页
为揭示风场环境对熔化极气体保护焊(GMAW)焊接过程中电弧与熔池行为的影响机理,考虑标准k-ε湍流模型,建立电弧与熔池耦合的三维瞬态模型,对比分析垂直于焊接方向的侧向风场强度大小对电弧形态以及熔池形貌的影响规律。结果表明:侧向风... 为揭示风场环境对熔化极气体保护焊(GMAW)焊接过程中电弧与熔池行为的影响机理,考虑标准k-ε湍流模型,建立电弧与熔池耦合的三维瞬态模型,对比分析垂直于焊接方向的侧向风场强度大小对电弧形态以及熔池形貌的影响规律。结果表明:侧向风场环境下,电弧等离子体的运动轨迹和速度发生变化,过大的侧向风场还削弱保护气体的保护效能,提高焊缝中气孔缺陷的形成风险;风场强度的提高使电弧弧长增加、散热速率加快,导致其对工件的热输入量降低,熔池形状尺寸变小。通过对比仿真结果与焊接实验拍摄的电弧形态和熔池形貌,验证了模型的可靠性。 展开更多
关键词 熔化极气体保护焊 风场环境 湍流模型 电弧形态 熔池形貌
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基于轻量级PSPNet网络的TIG焊熔池测量方法
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作者 林雨浩 黎振龙 +3 位作者 赵运强 邹鹏 奥列格·格纽申科 亚历山大·沃伊捷克 《计算机系统应用》 2026年第1期246-254,共9页
针对TIG焊接过程中强弧光、烟尘、极端热辐射等复杂工况,以及液态金属动态流动引起的熔池区域反射特性不稳定对熔池视觉特征提取造成干扰的问题,本研究提出一种改进型熔池测量方法,包括基于注意力机制与多尺度特征融合的轻量级网络熔池... 针对TIG焊接过程中强弧光、烟尘、极端热辐射等复杂工况,以及液态金属动态流动引起的熔池区域反射特性不稳定对熔池视觉特征提取造成干扰的问题,本研究提出一种改进型熔池测量方法,包括基于注意力机制与多尺度特征融合的轻量级网络熔池分割方法和基于分割结果的闭运算、连通区域标记和最小外接矩形图像处理方法.结果表明,改进后的网络在自建熔池分割数据集上取得性能提升,平均交并比(MIoU)达95.44%,平均像素精度(mPA)为98.27%,单帧推理耗时仅为11.30 ms,且有效提取所分割熔池的长度、宽度和面积. 展开更多
关键词 语义分割 PSPNet TIG焊 熔池 尺寸测量
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航空发动机叶片电弧熔丝增材制造的熔池演化建模与验证
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作者 云泽 李岩 +2 位作者 朱琪 邓汉平 李润声 《金属加工(热加工)》 2026年第2期45-54,60,共11页
传统电弧熔丝增材制造过程中,加工件经历反复加热与快速冷却,并伴随着非稳态的焊接沉积,极易引发内部产生加工缺陷及高应力状态,导致其性能不稳定。与传统试错法不同,通过数值模拟对沉积过程进行模型建立,并结合现场工艺可对沉积过程中... 传统电弧熔丝增材制造过程中,加工件经历反复加热与快速冷却,并伴随着非稳态的焊接沉积,极易引发内部产生加工缺陷及高应力状态,导致其性能不稳定。与传统试错法不同,通过数值模拟对沉积过程进行模型建立,并结合现场工艺可对沉积过程中熔池形成、流动趋势及成形状态进行表征。首先,构建了热-质-流-固多物理场耦合模型,开展了316L不锈钢的航空发动机叶片单道多层(共68层)沉积过程数值计算;其次,进一步分析了熔池形成过程中熔体流动趋势及沉积层形貌特征;最后,通过基于TIG焊加工试验获取的叶片成形件三维空间尺寸数据对模拟结果进行验证,形貌吻合度较高,最大误差<5%,充分验证了所建立模型在熔池流动与层间成形预测方面的准确性与适用性。 展开更多
关键词 CFD 增材制造 沉积行为 弧形叶片 熔池流动
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基于CFD模型的电弧焊接增材制造过程热物理分析及焊道形态研究
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作者 云泽 李岩 +1 位作者 吴娟慧 朱建军 《电焊机》 2026年第2期19-29,39,共12页
电弧焊接增材制造过程中,熔滴过渡与熔池流动是决定焊道形貌的关键因素。本研究基于三维瞬态计算流体动力学模型,通过耦合质量守恒、能量守恒、动量守恒方程和流体体积法,建立了涉及熔滴过渡、重力、熔池流动以及固液相变的数值模型,定... 电弧焊接增材制造过程中,熔滴过渡与熔池流动是决定焊道形貌的关键因素。本研究基于三维瞬态计算流体动力学模型,通过耦合质量守恒、能量守恒、动量守恒方程和流体体积法,建立了涉及熔滴过渡、重力、熔池流动以及固液相变的数值模型,定量分析了焊接速度、熔滴温度与焊接位置对TIG工艺下Q235钢单层/多层焊道熔覆形貌的影响。结果表明,焊接速度从8 mm/s提升至28 mm/s时,单位时间热输入减少导致熔池高度显著下降59.14%,且高速焊接加剧了熔池流动的不稳定性;熔滴温度从2 300 K升高至3 100 K,对应单位时间热输入增加,熔池流体量增多,熔池高度上升19.86%、宽度上升11.64%,同时熔池流动性增强使焊道表面更平滑;焊接位置变化改变重力作用方向,对熔池流动倾向产生较大影响,多层熔覆过程中焊道普遍呈现熄弧位置低、起弧位置高的特征。通过平焊、横焊以及仰焊位的单道多层(5层)焊道熔覆形貌的模拟结果与实验数据进行比较,验证了模型的准确性。 展开更多
关键词 计算流体动力学(CFD) 电弧焊接增材制造加 热质耦合 熔池流动 焊道形貌 焊接位置
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高等级焊管用316L不锈钢冷轧板焊缝浮渣缺陷改进方法
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作者 常天印 《理化检验(物理分册)》 2026年第1期6-9,共4页
针对医疗领域高等级焊管用不锈钢对焊缝的高质量要求,分析了常规生产的316L不锈钢冷轧板焊接后焊缝出现不同程度浮渣且影响实际使用的原因,对不同S元素含量的316L不锈钢冷轧板开展对比焊接试验。结果表明:焊缝浮渣主要是由Al_(2)O_(3)-S... 针对医疗领域高等级焊管用不锈钢对焊缝的高质量要求,分析了常规生产的316L不锈钢冷轧板焊接后焊缝出现不同程度浮渣且影响实际使用的原因,对不同S元素含量的316L不锈钢冷轧板开展对比焊接试验。结果表明:焊缝浮渣主要是由Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-CaO复合型夹杂物上浮至熔池表面后凝固形成的;增大熔池深度可抑制夹杂物上浮至表面后形成浮渣,而增大能改变表面张力温度梯度的表面活化元素S元素的含量,能够使熔池表面张力温度梯度呈正值,进而形成更深、更大的焊接熔池。 展开更多
关键词 高等级焊管 焊缝浮渣 夹杂物 熔池 表面张力 温度梯度
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TIG电弧-熔池耦合体系传热和流动特性研究方法现状
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作者 李渊博 段闫昊 +1 位作者 马蓉 侯国清 《焊管》 2026年第1期1-13,共13页
围绕TIG焊接中电弧-熔池耦合体系传热与流动特性,系统梳理了其核心研究方法。电弧-熔池耦合体系传热和流动特性研究包括试验研究法和数值模拟法。试验研究法是将电弧和熔池作为独立对象分别进行测量,借助压力传感器、辐射光谱分析等数... 围绕TIG焊接中电弧-熔池耦合体系传热与流动特性,系统梳理了其核心研究方法。电弧-熔池耦合体系传热和流动特性研究包括试验研究法和数值模拟法。试验研究法是将电弧和熔池作为独立对象分别进行测量,借助压力传感器、辐射光谱分析等数据采集技术,对焊接过程中的热力耦合行为、熔池动态行为进行检测与记录,进而定量揭示电弧-熔池的传热与流动特性,但该方法难以准确表征二者之间的耦合作用机制。数值模拟法则可以实现电弧与熔池的多物理场耦合分析,通过将电弧对熔池的热力作用转化为边界条件或控制方程源项,构建电弧-熔池耦合模型。该模型可进一步揭示金属蒸气对电弧收缩、热流分布演变等的内在控制机理,但其可靠性需通过试验数据验证。当前该领域的最优研究路径为以数值模拟为主导,结合关键试验验证,通过数值模拟构建耦合体系的量化模型,揭示传热与流动的内在规律;依托试验数据验证模型精度并修正参数。二者协同能够准确表征电弧-熔池耦合体系的传热与流动特性,为TIG焊接过程的参数调控、工艺优化提供理论支撑,进而提升焊接质量与效率。 展开更多
关键词 TIG电弧特性 熔池行为 试验研究 数值模拟
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具有熔池监视功能的开放式自动焊接装备研发与应用
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作者 唐春云 李竹渊 +8 位作者 孙秋阳 汤昊 姚舒扬 李刚 张晓冬 孙佳丞 乔伟 胡晓艳 王颖 《电焊机》 2026年第2期30-39,共10页
为解决核电、石化等管道工程中,传统开放式自动焊装备因缺乏有效熔池可视化手段而导致焊接质量波动大、焊工劳动强度高的难题,研发了一款适用于现场施工、具备熔池实时监视功能的开放式自动焊装备。通过定制国产小型熔池监控相机、优化... 为解决核电、石化等管道工程中,传统开放式自动焊装备因缺乏有效熔池可视化手段而导致焊接质量波动大、焊工劳动强度高的难题,研发了一款适用于现场施工、具备熔池实时监视功能的开放式自动焊装备。通过定制国产小型熔池监控相机、优化焊枪结构与焊接机头布局,集成无线传输模块,构建了一体化监控系统。核心技术包括:采用石英玻璃喷嘴与45°折弯式水电气路设计,将熔池观测视线遮挡率从>75%降至<15%;基于5.0GHz Wi-Fi技术实现端到端传输延迟<80 ms,具备强抗弧光与电磁干扰能力;通过模块化紧凑设计保障装备在狭小空间的适配性。经焊接工艺试验及核电现场规模化应用验证,该装备可实现熔池状态的清晰实时监控,焊缝成形美观且无未熔合、气孔等缺陷,一次合格率≥98%,同时大幅降低了焊工劳动强度。该装备实现了核心部件的国产化替代,打破了国外技术限制,不仅为核电、石化等高端制造业提供了安全高效、自主可控的焊接解决方案,保障了核安全与国家能源安全;更推动我国开放式自动焊装备从“自动化”向“可视化+自动化”跨越式升级,确立了国产高端焊接装备在核心技术领域的竞争优势。 展开更多
关键词 开放式自动焊装备 熔池实时监视 核电管道焊接 国产化替代 焊接质量控制
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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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High-Precision and Ultraspeed Monitoring of Melt-Pool Morphology in Laser-Directed Energy Deposition Using Deep Learning 被引量:2
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作者 Jiayu Yang Guan Liu +4 位作者 Wei Zhu Yingjie Zhang Wenbin Zhou Defu Liu Yongcheng Lin 《Additive Manufacturing Frontiers》 2025年第2期81-89,共9页
Laser-directed energy deposition(L-DED)is an advanced additive manufacturing technology primarily adopted in metal three-dimensional printing systems.The L-DED process is characterized by various defects,thus necessit... Laser-directed energy deposition(L-DED)is an advanced additive manufacturing technology primarily adopted in metal three-dimensional printing systems.The L-DED process is characterized by various defects,thus necessitating the extensive use of in-situ monitoring to enable real-time adjustments of process parameters by detecting molten-pool features.To address the challenge of accurately extracting the molten-pool morphology from an undetached spatter,an innovative monitoring method based on the U-Net(U-shaped network)is proposed herein.A lightweight architecture accelerates the processing speed,whereas an enhanced loss function incorporating weight maps augments the segmentation precision.The model performance is evaluated by comparing its segmentation accuracy and processing speed with those of the conventional U-Net,using the mean intersection over union(MIoU)as the segmentation metric.The improved model demonstrates superior segmentation accuracy at the interface between the molten pool and spatter,with a peak MIoU of 0.9798 achieved on the test set.Furthermore,this model processes each image in an extremely short time of 17.9 ms.Using this segmentation algorithm,the error in extracting the molten-pool width from single-track experiments is within 0.1 mm.The proposed method for monitoring the molten-pool morphology is suitable for deployment in online monitoring systems,thus providing a foundation for subsequent process-parameter regulation. 展开更多
关键词 Laser-directed energy deposition molten-pool morphology Semantic segmentation Mean intersection over union(MIoU)
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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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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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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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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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底吹对环缝-孔氧枪炼钢转炉混匀效率影响的数值模拟
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作者 李超 闫浩炜 +4 位作者 田勇 于海岐 郭鹏越 安希忠 张浩 《钢铁》 北大核心 2025年第7期242-250,共9页
采用数值模拟方法系统研究了新型“环缝-孔”氧枪在顶底复吹转炉中的熔池混合效率及流场动力学特性。重点探讨了底吹气泡羽流与顶吹射流的相互作用机制及其对熔池流动和混合行为的影响。研究结果表明,与传统氧枪相比,新型氧枪设计有效... 采用数值模拟方法系统研究了新型“环缝-孔”氧枪在顶底复吹转炉中的熔池混合效率及流场动力学特性。重点探讨了底吹气泡羽流与顶吹射流的相互作用机制及其对熔池流动和混合行为的影响。研究结果表明,与传统氧枪相比,新型氧枪设计有效解决了熔池中心区域的低速死区问题。在顶底复吹协同作用下,熔池流动速率显著提高,物质传递效率得到明显改善。研究发现,底吹工艺参数对熔池流场具有重要调控作用。当底吹速度由8 m/s增加至20 m/s时,熔池湍流强度增强,涡流中心逐渐向外迁移。此外,底吹气泡羽流与顶吹射流之间的相互作用会改变射流的冲击面积和穿透深度,进而优化熔池流场分布,提高混合效率。在顶吹流量比为全喷嘴顶吹、1∶24及1∶17时,随着底吹速度的增加,混匀时间逐渐减小。然而,当顶吹流量比为1∶12时,底吹气泡羽流与汇聚射流之间的干涉会导致动能耗散,反而削弱搅拌效率的提升效果。基于上述研究,优化氧枪结构及顶底复吹工艺参数可有效提升熔池混合效率,降低能耗与碳排放,实现冶金过程的降本增效。该研究有助于推动钢铁行业技术创新,提升生产效率和产品质量,为实现钢铁行业的可持续发展提供有力支持,同时为钢铁行业实施极致能效工程、探索绿色低碳转型路径提供了重要的理论支撑和技术指导。 展开更多
关键词 顶底复吹转炉 “环缝-孔”氧枪 混匀效率 数值模拟 氧枪射流 多相流模型 底吹强度 熔池流动特性
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管道6点钟位置坡口形状对根焊缝背面成形的影响
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作者 许威 李维锋 +6 位作者 杨兰昕 陈欣 王伟 林永章 林之晨 武少杰 王志江 《电焊机》 2025年第12期45-49,78,共6页
在管道焊接工程中,其坡口加工精度和装配精度难以保证,同时在管道6点钟位置的根焊中,重力与焊接电弧力作用方向相反,容易出现焊接缺陷,影响施工质量。不同的坡口形状会影响熔池形状进而影响焊缝背面成形。采用STT根焊方法针对U形和V形... 在管道焊接工程中,其坡口加工精度和装配精度难以保证,同时在管道6点钟位置的根焊中,重力与焊接电弧力作用方向相反,容易出现焊接缺陷,影响施工质量。不同的坡口形状会影响熔池形状进而影响焊缝背面成形。采用STT根焊方法针对U形和V形坡口进行管道6点钟位置的根焊试验,探究不同坡口形状对焊缝背面成形的影响。试验结果表明:提高电流水平会提升电弧力水平,从而促进熔透。V形坡口相较于U形坡口焊接熔池体积较大,电弧力不足以支撑熔池重力,容易造成焊缝背面成形的凹陷。V形坡口相较于U形坡口底部较窄,电弧容易侧偏,热输入容易集中在侧壁导致难以熔透。 展开更多
关键词 熔池重力 电弧力 坡口形状 背面成形 管道根焊
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