连续/脉冲激光再制造温度场有限元分析与试验验证
发布时间：2021-07-04 18:52
以减少成形过程热输入,控制热影响区分布及成形层应力分布状态为目标,通过"生死单元"的有限元分析方法动态模拟激光再制造成形过程,对比分析连续/脉冲模式激光再制造温度场,采用非接触式红外测温仪验证分析结论,并就连续和脉冲工艺进行再制造成形对比试验验证。分析和试验结果表明:脉冲模式优化工艺参数为激光功率1.2 k W,光斑直径3 mm,扫描速度5 mm/s,单道成形层宽度3.2 mm,脉冲激光脉宽10 ms,占空比1:1;相同成形工艺和散热条件下,连续输出模式下多层成形层熔池温度最大值约为1400℃,较脉冲模式约高出170℃,且具有更大的热输入及热影响区范围,相关工艺及方法为叶轮叶片激光再制造提供分析和借鉴。
【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2017,46(09)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
薄壁边多层再制造成形有限元模型
第9期任维彬等：连续/脉冲激光再制造温度场有限元分析与试验验证·2489·图2薄壁结构激光再制造成形瞬时温度场Fig.2Temperaturefieldofthin-wallforlaserremanufacture:(a)thesideelevationofthewholetemperaturefieldand(b)thetopviewofthetemperaturefieldforthemolten-pool并向四周传导，而前端未扫描过的区域，短时内仍保持室温所致。图3所示分别为第5.4s时，连续与脉冲输出模式熔池中心Z方向温度场分布，对比图3a，3b可知，连续输出模式熔池温度最高值达到1230℃，较脉冲输出模式温度最高值1120℃高出110℃，且等温线较脉冲输出模式下更为密集，即连续输出模式成形层与基体温度高于脉冲模式输出下相同位置温度。因此，在激光功率、扫描速度等主要工艺参数及成形尺寸一致的情况下，脉冲模式激光再制造工艺具有相对较小的的热输入和较低的熔池温度以及相对较小的热影响区分布范围。2.2多层成形层温度场对比图4所示分别为连续与脉冲输出模式成形第14.5s时，激光扫描至第4层中间位置时刻YZ剖面温度场分布，对比分析图4a、4b可知，连续输出模式下熔池中心区域温度最高值达到1400℃，较脉冲输出模式下熔池温度最高值高出约170℃。与单道成形层类似，图3薄壁结构激光再制造成形YZ平面温度场Fig.3TemperaturefieldofYZprofileforthethin-wall’slaserremanufacture:(a)thedistributionoftemperaturefieldfortheCWmoldand(b)thedistributionoftemperaturefieldforthepulsedmold图4激光再制造多层成形层YZ平面温度场Fig.4TemperaturefieldofYZprofileforthethin-wall’slaserremanufacture:(a)thedistributionoftemperaturefieldfortheCWmoldand(b)thedistributionoftemperaturefieldforthepulsedmold连续输出模式下，多层成
第9期任维彬等：连续/脉冲激光再制造温度场有限元分析与试验验证·2489·图2薄壁结构激光再制造成形瞬时温度场Fig.2Temperaturefieldofthin-wallforlaserremanufacture:(a)thesideelevationofthewholetemperaturefieldand(b)thetopviewofthetemperaturefieldforthemolten-pool并向四周传导，而前端未扫描过的区域，短时内仍保持室温所致。图3所示分别为第5.4s时，连续与脉冲输出模式熔池中心Z方向温度场分布，对比图3a，3b可知，连续输出模式熔池温度最高值达到1230℃，较脉冲输出模式温度最高值1120℃高出110℃，且等温线较脉冲输出模式下更为密集，即连续输出模式成形层与基体温度高于脉冲模式输出下相同位置温度。因此，在激光功率、扫描速度等主要工艺参数及成形尺寸一致的情况下，脉冲模式激光再制造工艺具有相对较小的的热输入和较低的熔池温度以及相对较小的热影响区分布范围。2.2多层成形层温度场对比图4所示分别为连续与脉冲输出模式成形第14.5s时，激光扫描至第4层中间位置时刻YZ剖面温度场分布，对比分析图4a、4b可知，连续输出模式下熔池中心区域温度最高值达到1400℃，较脉冲输出模式下熔池温度最高值高出约170℃。与单道成形层类似，图3薄壁结构激光再制造成形YZ平面温度场Fig.3TemperaturefieldofYZprofileforthethin-wall’slaserremanufacture:(a)thedistributionoftemperaturefieldfortheCWmoldand(b)thedistributionoftemperaturefieldforthepulsedmold图4激光再制造多层成形层YZ平面温度场Fig.4TemperaturefieldofYZprofileforthethin-wall’slaserremanufacture:(a)thedistributionoftemperaturefieldfortheCWmoldand(b)thedistributionoftemperaturefieldforthepulsedmold连续输出模式下，多层成
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属激光沉积成形分组平行扫描路径生成方法[J]. 卞宏友,杨光,李英,钦兰云,王维,尚纯. 机械工程学报. 2013(11)
[2]夹具拘束距离对Hastelloy C-276薄板脉冲激光焊接变形的影响[J]. 郭玉泉,吴东江,马广义,杨义彬,佟宇,郭东明. 光学精密工程. 2012(11)
[3]钛合金表面激光熔覆修复技术[J]. 崔爱永,胡芳友,张忠文,卢长亮,易德先,邹刚. 中国表面工程. 2011(02)
[4]连续/脉冲CO2激光熔覆高温合金K403[J]. 钟如涛,熊征. 中国激光. 2010(03)
[5]Ti-23Al-17Nb激光焊接接头的组织性能研究[J]. 陈俐,巩水利,胡伦骥. 稀有金属材料与工程. 2009(S3)
[6]基板预热对激光金属沉积成形过程热应力的影响[J]. 龙日升,刘伟军,邢飞,王华兵,卞宏友. 机械工程学报. 2009(10)
[7]涡轮叶尖激光熔覆涂层技术探索[J]. 孟庆武,杨胜群,耿林,曲伸,祝文卉,刘佳涛. 材料研究与应用. 2009(02)
[8]空心叶片激光快速成形过程的温度/应力场数值模拟[J]. 贾文鹏,林鑫,陈静,杨海鸥,钟诚文,黄卫东. 中国激光. 2007(09)
[9]TC4钛合金空心叶片激光快速成形过程温度场数值模拟[J]. 贾文鹏,林鑫,谭华,杨海欧,钟诚文,黄卫东. 稀有金属材料与工程. 2007(07)
[10]6061铝合金表面激光熔覆温度场的仿真模拟[J]. 张春华,张宁,张松,刘常升,Man H C. 沈阳工业大学学报. 2007(03)
本文编号：3265344
【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2017,46(09)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
薄壁边多层再制造成形有限元模型
第9期任维彬等：连续/脉冲激光再制造温度场有限元分析与试验验证·2489·图2薄壁结构激光再制造成形瞬时温度场Fig.2Temperaturefieldofthin-wallforlaserremanufacture:(a)thesideelevationofthewholetemperaturefieldand(b)thetopviewofthetemperaturefieldforthemolten-pool并向四周传导，而前端未扫描过的区域，短时内仍保持室温所致。图3所示分别为第5.4s时，连续与脉冲输出模式熔池中心Z方向温度场分布，对比图3a，3b可知，连续输出模式熔池温度最高值达到1230℃，较脉冲输出模式温度最高值1120℃高出110℃，且等温线较脉冲输出模式下更为密集，即连续输出模式成形层与基体温度高于脉冲模式输出下相同位置温度。因此，在激光功率、扫描速度等主要工艺参数及成形尺寸一致的情况下，脉冲模式激光再制造工艺具有相对较小的的热输入和较低的熔池温度以及相对较小的热影响区分布范围。2.2多层成形层温度场对比图4所示分别为连续与脉冲输出模式成形第14.5s时，激光扫描至第4层中间位置时刻YZ剖面温度场分布，对比分析图4a、4b可知，连续输出模式下熔池中心区域温度最高值达到1400℃，较脉冲输出模式下熔池温度最高值高出约170℃。与单道成形层类似，图3薄壁结构激光再制造成形YZ平面温度场Fig.3TemperaturefieldofYZprofileforthethin-wall’slaserremanufacture:(a)thedistributionoftemperaturefieldfortheCWmoldand(b)thedistributionoftemperaturefieldforthepulsedmold图4激光再制造多层成形层YZ平面温度场Fig.4TemperaturefieldofYZprofileforthethin-wall’slaserremanufacture:(a)thedistributionoftemperaturefieldfortheCWmoldand(b)thedistributionoftemperaturefieldforthepulsedmold连续输出模式下，多层成
第9期任维彬等：连续/脉冲激光再制造温度场有限元分析与试验验证·2489·图2薄壁结构激光再制造成形瞬时温度场Fig.2Temperaturefieldofthin-wallforlaserremanufacture:(a)thesideelevationofthewholetemperaturefieldand(b)thetopviewofthetemperaturefieldforthemolten-pool并向四周传导，而前端未扫描过的区域，短时内仍保持室温所致。图3所示分别为第5.4s时，连续与脉冲输出模式熔池中心Z方向温度场分布，对比图3a，3b可知，连续输出模式熔池温度最高值达到1230℃，较脉冲输出模式温度最高值1120℃高出110℃，且等温线较脉冲输出模式下更为密集，即连续输出模式成形层与基体温度高于脉冲模式输出下相同位置温度。因此，在激光功率、扫描速度等主要工艺参数及成形尺寸一致的情况下，脉冲模式激光再制造工艺具有相对较小的的热输入和较低的熔池温度以及相对较小的热影响区分布范围。2.2多层成形层温度场对比图4所示分别为连续与脉冲输出模式成形第14.5s时，激光扫描至第4层中间位置时刻YZ剖面温度场分布，对比分析图4a、4b可知，连续输出模式下熔池中心区域温度最高值达到1400℃，较脉冲输出模式下熔池温度最高值高出约170℃。与单道成形层类似，图3薄壁结构激光再制造成形YZ平面温度场Fig.3TemperaturefieldofYZprofileforthethin-wall’slaserremanufacture:(a)thedistributionoftemperaturefieldfortheCWmoldand(b)thedistributionoftemperaturefieldforthepulsedmold图4激光再制造多层成形层YZ平面温度场Fig.4TemperaturefieldofYZprofileforthethin-wall’slaserremanufacture:(a)thedistributionoftemperaturefieldfortheCWmoldand(b)thedistributionoftemperaturefieldforthepulsedmold连续输出模式下，多层成
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属激光沉积成形分组平行扫描路径生成方法[J]. 卞宏友,杨光,李英,钦兰云,王维,尚纯. 机械工程学报. 2013(11)
[2]夹具拘束距离对Hastelloy C-276薄板脉冲激光焊接变形的影响[J]. 郭玉泉,吴东江,马广义,杨义彬,佟宇,郭东明. 光学精密工程. 2012(11)
[3]钛合金表面激光熔覆修复技术[J]. 崔爱永,胡芳友,张忠文,卢长亮,易德先,邹刚. 中国表面工程. 2011(02)
[4]连续/脉冲CO2激光熔覆高温合金K403[J]. 钟如涛,熊征. 中国激光. 2010(03)
[5]Ti-23Al-17Nb激光焊接接头的组织性能研究[J]. 陈俐,巩水利,胡伦骥. 稀有金属材料与工程. 2009(S3)
[6]基板预热对激光金属沉积成形过程热应力的影响[J]. 龙日升,刘伟军,邢飞,王华兵,卞宏友. 机械工程学报. 2009(10)
[7]涡轮叶尖激光熔覆涂层技术探索[J]. 孟庆武,杨胜群,耿林,曲伸,祝文卉,刘佳涛. 材料研究与应用. 2009(02)
[8]空心叶片激光快速成形过程的温度/应力场数值模拟[J]. 贾文鹏,林鑫,陈静,杨海鸥,钟诚文,黄卫东. 中国激光. 2007(09)
[9]TC4钛合金空心叶片激光快速成形过程温度场数值模拟[J]. 贾文鹏,林鑫,谭华,杨海欧,钟诚文,黄卫东. 稀有金属材料与工程. 2007(07)
[10]6061铝合金表面激光熔覆温度场的仿真模拟[J]. 张春华,张宁,张松,刘常升,Man H C. 沈阳工业大学学报. 2007(03)
本文编号：3265344
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