旋转磁场辅助钛合金激光沉积制造技术研究

发布时间：2017-07-07 13:06

  本文关键词：旋转磁场辅助钛合金激光沉积制造技术研究

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【摘要】：激光沉积制造技术是一种新型的制造技术,利用高能激光束使熔覆材料和的基体形成致密的冶金结合。但是激光沉积制造受环境的影响较严重,制造的零件普遍存在熔合不良、应力较大和力学性能不高等缺点。由于在铸造和焊接领域应用的电磁搅拌技术使铸坯和焊接性能得到改善,因此本文将电磁搅拌引入到激光沉积制造加工技术中,研究旋转磁场对钛合金激光沉积制造的影响及作用机理。根据电磁搅拌器的设计准则以及在激光沉积制造的实际应用,研制符合实验要求的电磁搅拌器。运用有限元方法对不同频率下电磁搅拌装置中心处磁场强度以及熔池电磁力进行了模拟分析,并研究了旋转磁场对熔池电磁力和熔池温度分布及流场影响,结果表明当电流频率增大时,熔池中电磁力首先有缓慢减小趋势,同时功率损耗迅速增大,当频率继续增大时,电磁力逐渐增大,此时功率损耗基本趋于稳定;在激励电流变化的一个周期内,搅拌装置中磁场强度也发生周期性变化。在施加旋转磁场条件下,熔池整体温度有所降低,温度梯度减小,熔池内形成围绕熔池做周向流动的环流,流速分布均匀。对电磁搅拌辅助条件下钛合金激光沉积制造进行试验研究,将试验结果与模拟结果相结合,对旋转磁场作用下激光熔池的形貌及组织进行分析。结果表明施加电磁搅拌后熔池的熔深和熔宽有所减小,结合第四章中对熔池的模拟进一步验证试验的正确性。在磁场条件下改变了钛合金单道熔凝的形貌,但对β柱状晶的影响很小。
【关键词】：电磁搅拌装置 旋转磁场 激光熔池 温度场 流场
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG665
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 激光沉积制造技术的应用12-14
• 1.1.1 激光沉积制造技术的原理与特点12-13
• 1.1.2 国内外研究进展13-14
• 1.2 激光沉积制造面临的问题14-15
• 1.3 激光沉积制造的计算机模拟15-16
• 1.4 电磁搅拌技术16-17
• 1.4.1 电磁搅拌技术原理及特点16-17
• 1.4.2 国内外研究现状17
• 1.5 课题的研究内容及意义17-20
• 1.5.1 课题研究意义17-18
• 1.5.2 课题的主要研究内容18-20
• 第2章 电磁搅拌器的研制20-28
• 2.1 电磁搅拌的作用机理20-22
• 2.1.1 电磁搅拌技术的原理、特点20
• 2.1.2 电磁搅拌技术的分类20-22
• 2.2 电磁搅拌器的研制22-24
• 2.2.1 电磁搅拌器的设计要求22
• 2.2.2 电磁搅拌器的配置方案22-24
• 2.3 电磁搅拌器中心磁场计算24-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 电磁搅拌器的特性研究28-36
• 3.1 ANSYS软件简介28-29
• 3.2 电磁场搅拌器模型建立29-31
• 3.2.1 电磁搅拌器有限元模型建立29
• 3.2.2 电磁搅拌器数学模型建立29-31
• 3.3 模拟验证31-32
• 3.3.1 模拟过程及参数31
• 3.3.2 载荷施加及边界条件31-32
• 3.4 模拟结果分析32-34
• 3.5 本章小结34-36
• 第4章 熔池流动场研究36-48
• 4.1 CFD软件简介36-37
• 4.2 熔凝数学模型建立37-41
• 4.2.1 流场控制方程及边界条件37-39
• 4.2.2 基材物理模型39
• 4.2.3 热源模型39-41
• 4.3 模拟过程及参数41
• 4.4 旋转磁场对钛合金熔池的影响41-46
• 4.4.1 温度场分布41-43
• 4.4.2 熔池流场分布43-46
• 4.5 本章小结46-48
• 第5章 电磁搅拌试验研究48-54
• 5.1 实验设备48
• 5.2 实验材料与方法48-49
• 5.3 试验结果分析49-52
• 5.3.1 定点熔凝结果分析49-51
• 5.3.2 单道熔凝试验分析51-52
• 5.4 电磁搅拌对激光熔池影响机理讨论52
• 5.5 结论52-54
• 结论54-56
• 参考文献56-59
• 致谢59-60
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文60

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本文编号：530289