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国内图书分类号:TG404国际图书分类号: 621 工学硕士学位论文送粉式激光熔覆质量预测与熔覆过程数值模拟硕士研究生:杨贤群导师:赵洪运教授
申请学 位:工学硕士学科、专业:材料加工工程所在单位:材料科学与工程学院答辩日期:2008 年6 月授予学位单位:哈尔滨工业大学Classified Index:TG404 U.D.C.: 621Dissertation for the Master Degree in Engineering PREDICTING THE QUALITY OF CLAD IN LASER CLADDING BY POWDER AND NUMERICAL SIMULATION OF CLADDING PROCESS Candidate:Yang Xianqun Supervisor:Prof. Zhao Hongyun Academic Degree Applied for:Master of Engineering Specialty:Materials Processing Engineering Affiliation:School of Material Sci.and Eng. Date of Defence: June, 2008 Degree-Conferring-Institution:Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要送粉式激光熔覆因其具有工艺参数可控、对激光能量吸收率高、无内部气孔、生产效率高、熔覆材料和基体材料同时加热等诸多优点,展示出极强的研究开发价值。本文在跟踪、查阅国内外相关理论、应用研究现状的基础上,针对以下几方面展开研究:(1)将多元线性回归模型和遗传神经网络对比应用于激光熔覆质量预测。结果表明:多元线性回归分析应用于激光熔覆的质量预测是可行的;多元线性回归分析与遗传神经网络相比较,前者能直观获得熔覆层宽、高、基体熔深与规范参数之间的定量函数关系,更为方便,一般情况下应优先选用;后者预测精度相对较高,但运算过程相对复杂,更适合精度要求较高的场合。(2)建立了同轴送粉式激光熔覆的解析模型,确定出了不同工艺参数下的激光束能量的重分配比例,计算出了粉末粒子在飞行过程中的温升。并发现粉末粒子的温升与激光功率呈近似线性关系。(3)首次将数学解析模型与有限元模型结合,模拟激光熔覆过程的温度场分布。将粉末粒子在飞行过程中的温升作为初始温度场加载给基体,基体吸收的能量包括激光束能量重分配后基体直接吸收部分和通过加热粉末粒子传递给基体的能量,模拟所得熔池形貌与试验结果相吻合。模拟结果表明熔覆层上某点热循环曲线的升温过程近似呈直线垂直上升,降温曲线近似呈双曲线的一支,并且发现预热过程不能改变双曲线的开口大小和形状,但随着预热温度的增高,双曲线沿纵坐标上移。(4)模拟了多道次激光熔覆温度场,模拟发现多道熔覆工件表面温度场呈后拖的偏椭圆状,即温度场椭圆不以光斑中心对称,而是偏向已形成熔覆层的一侧。同时分析了不同工艺参数对温度场分布的影响,分析认为预热、增大激光功率、减小扫描速率、减小送粉速率等均可以减小熔覆层开裂倾向,但作用效果却有所不同,实际生产中应将这几种工艺参数配合调节。(5)在对送粉式激光熔覆应力产生机理进行深入分析的基础上,结合应力场数值模拟分析,研究了熔覆层裂纹产生过程及机理,结果表明熔覆层中心偏基体一侧是裂纹敏感区,该区域处于纵向拉伸、横向和厚向压缩的第三类主应变状态。关键词送粉式激光熔覆;质量预测;数学模型;数值模拟;应力场- I - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Abstract The powder feeding laser cladding have many advantages,such as,technical parameters controllable, the high laser energy absorption rate, no internal porosity, high efficiency, cladding materials and substrate heating at the same time, and so on, it demonstrates a strong research and development value. Based on the tracking and accessing to the study status of domestic and foreign-related theories and applications, the following subjects are studied in the present work:
(1)parison between the analytical model based on the multiple linear
regression analysis (MLRA) and the ic algorithm optimizing works is carried out for the prediction of the quality of laser clad. The result shows that the MLRA is feasibility to predict the quality of laser clad. The former is convenient for using, due to that functional relationship between parameters such as clad width, clad height and depth of the ration and so on and the process parameters can be directly obtained. While the later produces a better precision and invisible functions relationship with a plex operation process. Such the MLRA method is mended.
(2)An analytical model of coaxial powder feeding laser cladding was proposed.The energy re-allocation ratio of laser beam under different processing conditions is calculated. The powder particles temperature rising in flight process is established, and a nearly l
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航空发动机叶片铸造缺陷激光熔覆修复与熔覆过程的温度场数值模拟
关键词: &&&&
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 459次
引　用: 3次
本文采用自配镍基合金粉末对航空发动机叶片铸造缺陷进行修复，对激光熔覆修复的最佳工艺参数、熔覆层的组织结构和性能、Y2O3和硅、钠、钾复合变质剂对熔覆层的影响进行了研究。采用大型有限元软件ANSYS对激光熔覆过程的进行了数值模拟。
结果表明，当P=1.5kW，V=180、190mm／min，d=3～4mm，Y2O3含量为1.5wt.％时，激光熔覆修复铸造缺陷叶片质量最佳。在最佳工艺参数下同时加入1.5wt.％Y2O3和3wt.％复合变质剂可进一步的改善熔覆层的组织。当Y2O3含量低于或高于1.5wt.％和单独加入复合变质剂时熔覆层均有裂纹或孔洞产生。
当单独加入Y2O3时，在固定其它工艺参数的条件下，随着扫描速度的增大，熔覆层的平均显微硬度逐渐的升高。当V=180、190、200、210mm／min时，熔覆层的平均显微硬度分别为414HV0.1，431.5HV0.1，456.25HV0.1，476.2HV0.1。当单独加入复合变质剂时熔覆层平均显微硬度约为375HV0.1。同时加入Y2O3和复合变质剂的熔覆层的显微硬度高于单独加入复合变质剂的熔覆层，与单独加入Y2O3熔覆层显微硬度相差不大，熔覆层的平均显微硬度值约为430HV0.1左右。
借助OM、SEM、TEM、EPMA、EDS等分析手段，研究了叶片修复熔覆层的组织结构。熔覆层内微米或亚微米白色颗粒相，原位析出相主要分布于晶界。熔覆层中的组成相为基体相γ-Ni，六方结构的W2C、MoC，还可能包括面心立方TiC。在原位析出相与熔覆层基体相界面附近存在大量的位错缠结。
温度场数值模拟结果表明，在激光熔覆的初始阶段，激光束加热的区域温度从初始温度迅速上升，0.49s时的最高温度2939℃。激光熔覆温度场在1s时间内可达到准稳态阶段。准稳态阶段温度场的分布受边界条件和激光束热流密度的影响，各个节点有基本相同的热循环曲线，只是时间的前后不同。在准稳态阶段，温度场的最高温度，熔池深度随时间的推移增加，但变化幅度不大。1.03s时温度场最高温度为3213℃，10.05s时温度场最高温度为3354℃，17.1s时温度场最高温度为3380℃。在从1.03s到17.1s的时间内温度场最高温度仅仅上升了167℃。在最后阶段，温度迅速上升，如在17.85s时温度场的最高温度却迅速上升到3623℃，同时熔池的熔深也明显的增大。
摘要&&5-6Abstract&&6-21第一章 绪论&&21-30&&1.1 航空发动机涡轮叶片失效形式&&21&&1.2 航空发动机涡轮叶片修复方法及研究现状&&21-23&&&&1.2.1 低压等离子喷涂法及电子束物理气相沉积法&&22&&&&1.2.2 钨电极惰性气体保护焊(TIG)法&&22&&&&1.2.3 激光表面熔覆法&&22-23&&1.3 航空发动机涡轮叶片修复研究进展&&23-27&&&&1.3.1 激光表面熔覆技术&&23-25&&&&1.3.2 激光熔覆粉末合金体系&&25-26&&&&1.3.3 航空发动机叶片激光熔覆强化与修复研究进展&&26-27&&1.4 激光熔覆过程数值模拟的研究进展&&27-29&&&&1.4.1 激光表面熔覆过程温度场数值模拟的意义&&27&&&&1.4.2 激光表面熔覆过程温度场数值模拟的研究进展&&27-29&&1.5 本论文的研究内容&&29-30第二章 实验方案及研究方法&&30-34&&2.1 实验材料及设备&&30-32&&&&2.1.1 基体材料&&30&&&&2.1.2 熔覆层粉末的设计&&30-31&&&&2.1.3 激光熔覆实验及激光熔覆温度场计算设备&&31-32&&2.2 航空发动机叶片铸造缺陷激光修复过程&&32&&&&2.2.1 叶片铸造缺陷处预置涂层&&32&&&&2.2.2 激光熔覆过程&&32&&2.3 测试分析及表征方法&&32-34&&&&2.3.1 熔覆层微观组织及显微硬度分析方法&&32-33&&&&2.3.2 激光熔覆过程温度场的数值模拟方法&&33-34第三章 熔覆层的组织结构及性能&&34-45&&3.1 激光熔覆最佳工艺参数&&34&&3.2 激光熔覆层的典型形貌&&34-35&&3.3 激光熔覆层的物相结构分析&&35-40&&&&3.3.1 熔覆层的扫描电镜形貌&&35-36&&&&3.3.2 熔覆层的物相结构分析&&36-40&&3.4 激光熔覆层的显微硬度&&40-45&&&&3.4.1 熔覆层的显微硬度分析&&40-42&&&&3.4.2 熔覆层的强化机制&&42-45第四章 Y_2O_3和复合变质剂对熔覆层的影响&&45-51&&4.1 Y_2O_3对熔覆层开裂敏感性的影响&&45-47&&&&4.1.1 熔覆层的裂纹形貌及开裂机理&&45-46&&&&4.1.2 Y_2O_3降低熔覆层开裂敏感性的机理&&46-47&&4.2 复合变质剂对熔覆层开裂敏感性的影响&&47-48&&&&4.2.1 变质剂的选择&&47-48&&&&4.2.2 复合变质剂对熔覆层开裂敏感性的影响&&48&&4.3 Y_2O_3和复合变质剂对熔覆层开裂敏感性的影响&&48-51第五章 激光熔覆过程温度场数值模拟&&51-70&&5.1 数值模拟方法&&51-53&&&&5.1.1 解析法&&51&&&&5.1.2 有限差分法&&51-52&&&&5.1.3 有限单元法&&52-53&&&&5.1.4 边界元法&&53&&5.2 激光熔覆传热学基本理论&&53-55&&&&5.2.1 传热的基本方式&&53-54&&&&5.2.2 有限元基本方程&&54&&&&5.2.3 边界条件&&54-55&&5.3 ANSYS有限元软件&&55-58&&&&5.3.1 ANSYS的组成结构&&55-56&&&&5.3.2 ANSYS的技术特点和功能&&56&&&&5.3.3 ANSYS的热分析功能&&56-58&&5.4 激光熔覆物理模型&&58-63&&&&5.4.1 激光熔覆物理模型简化&&58&&&&5.4.2 单元的选择&&58&&&&5.4.3 定义材料属性&&58-60&&&&5.4.4 相变潜热的处理&&60-61&&&&5.4.5 有限元模型及网格划分&&61-63&&5.5 初始条件和边界条件的确定&&63&&5.6 激光热源及激光能量的吸收率&&63-64&&5.7 收敛准则和求解器&&64-65&&5.8 移动热源的处理&&65&&5.9 计算结果与分析&&65-70第六章 结论&&70-71参考文献&&71-76附录&&76-77致谢&&77-78原创性声明&&78使用授权的声明&&78
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你好，请问你有激光熔覆数值模拟的相关实例资料吗？要是有命令流就最好了，我做激光熔覆温度场模拟的时候，热源加载之后为位置老不对，求帮助
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