激光内壁熔覆工艺数值模拟及实验研究
发布时间：2021-02-12 22:31
激光内壁熔覆技术为制备内壁强化涂层提供了一种绿色、高效、优良的解决方法。然而,在实际的熔覆过程中,由于材料的受热凝固过程的高度局部性和瞬时性,将不可避免地产生应力及变形,严重影响零件的尺寸精度及使用性能,甚至危及零件的使用安全。基于此,本文采用数值计算与实验相结合的方法,对激光内壁熔覆过程中温度及应力的变化展开研究,获取不同内壁尺寸、形状及工艺条件下温度、残余应力等关键参量的变化规律,为内壁熔覆工艺提供理论依据。本文以ABAQUS软件为计算平台,根据激光内壁熔覆的特点,编写FORTRAN热源子程序建立移动热源模型,利用“单元逐步激活”法,对激光内壁单道、单层多道、多层多道熔覆进行了数值模拟。采用单一控制变量法,对特定路径下不同工艺参数及结构尺寸激光内壁熔覆温度场特征和应力演变过程进行了探究。并通过热电偶测温的方法、熔覆层深度及稀释率比对方法验证了数值模拟温度场的准确性,利用X射线衍射侧倾固定Ψ法测量激光内壁熔覆残余应力,验证数值模拟应力场的准确性。最后,采用光学显微镜（OM）、维氏硬度计分析了不同工艺参数及结构尺寸对熔覆层宏观形貌、微观组织及性能的影响。本文的主要研究结论如下:（1）温...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气相沉积工作原理[21]
技术路线图
浙江工业大学硕士学位论文16（4）忽略熔覆层、基体材料的汽化作用；（5）激光光斑为高斯体热源。2.5.1几何网格划分及力学边界条件以注塑机料筒实际材料为例建立内壁基本有限元模型，其材料为40Cr，并假设材料为理想弹塑性材料。直径为100mm，壁厚为10mm，长度为200mm。本文中所建立的模型与实验模型一致，模型包括基板，熔覆层。在网格划分过程中，网格的疏密直接影响模拟的准确性和计算的效率，单元尺寸越小，网格越细致，计算精度越高，需要的时间也越长，但是当单元数目超过一定值时，计算精度不会再提高，反而大大增加了求解的时间。因此，为了保持较高的精度及减少求解时间，对熔覆层区域进行网格细化，在远离热影响区采用较稀疏的网格。统一划分为六面体网格。内壁熔覆模型的网格划分，如图2-1所示。图2-1模型网格划分示意图Figure2-1.Schematicdiagramofmodelmeshing图2-2力学边界条件Figure2-2.Mechanicalboundarycondition有限元应力仿真的过程中，需要对模型施加力学边界条件，其主要目的是为了约束模型的自由度。而约束自由度的目的是为了防止熔覆过程中基体出现刚性
【参考文献】：
期刊论文
[1]工艺路径对多层多道激光熔覆残余应力的影响[J]. 傅卫,方洪渊,白新波,陈国喜. 焊接学报. 2019(06)
[2]单道次激光熔覆304不锈钢数值模拟与实验研究[J]. 郭卫,张亚普,柴蓉霞. 激光与光电子学进展. 2019(09)
[3]热处理工艺对316L不锈钢粉末激光选区熔化成形的残余应力及组织的影响[J]. 边培莹. 材料热处理学报. 2019(04)
[4]激光熔覆技术研究现状与发展[J]. 姜波,李金朋. 科技创新导报. 2018(32)
[5]激光熔覆铁基合金的单层多道搭接工艺研究[J]. 张若宾,张瑞乾. 热加工工艺. 2018(22)
[6]内孔热喷涂技术的研究现状与展望[J]. 王海斗,何鹏飞,陈书赢,马国政,刘明,王海军,徐滨士. 中国表面工程. 2018(05)
[7]基于热力耦合的激光熔覆数值模拟与实验研究[J]. 任仲贺,武美萍,唐又红,韩基泰,龚玉玲. 激光与光电子学进展. 2019(05)
[8]大型厚壁筒体内壁感应加热三维温度场的数值模拟[J]. 赵朋成,韩硕. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2018(S1)
[9]浅析有限元软件在机械设计制造中的应用[J]. 李雨乐,王瑞. 中国战略新兴产业. 2018(32)
[10]激光表面改性技术及其研究进展[J]. 陈小明,王海金,周夏凉,赵坚,伏利,刘伟. 材料导报. 2018(S1)
博士论文
[1]激光熔覆INCONEL 718合金涂层的成分偏聚与强化机理研究[D]. 张尧成.上海交通大学 2013
[2]多组元金属粉末直接激光烧结过程数值模拟及烧结区域预测[D]. 沈显峰.四川大学 2005
硕士论文
[1]金属激光选区熔化增材制造数值模拟与实验研究[D]. 池敏.华东理工大学 2019
[2]激光熔覆Inconel 718合金数值模拟研究[D]. 咬登治.兰州理工大学 2019
[3]变壁厚零件激光熔覆中温度/应力场模拟及工艺研究[D]. 李强.新疆大学 2018
[4]激光选区熔化成形钛合金温度场和应力场数值模拟[D]. 彭刚勇.华中科技大学 2018
[5]内孔感应加热器的设计及其对大型筒体加热温度场影响的数值研究[D]. 韩硕.青岛科技大学 2018
[6]铸造铝合金激光熔覆修复工艺特性研究及应力场数值模拟[D]. 陈奥.哈尔滨工业大学 2017
[7]注塑机螺杆表面耐磨蚀涂层的制备及性能评价[D]. 何骅波.太原理工大学 2017
[8]环形件激光熔覆再制造研究[D]. 苏猛.燕山大学 2016
[9]油管内壁离子渗氮工艺及渗层性能研究[D]. 崔立超.中国石油大学(华东) 2016
[10]选区激光熔化TiNi形状记忆合金热—力耦合数值模拟及实验研究[D]. 何贝贝.南京航空航天大学 2016
本文编号：3031518
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气相沉积工作原理[21]
技术路线图
浙江工业大学硕士学位论文16（4）忽略熔覆层、基体材料的汽化作用；（5）激光光斑为高斯体热源。2.5.1几何网格划分及力学边界条件以注塑机料筒实际材料为例建立内壁基本有限元模型，其材料为40Cr，并假设材料为理想弹塑性材料。直径为100mm，壁厚为10mm，长度为200mm。本文中所建立的模型与实验模型一致，模型包括基板，熔覆层。在网格划分过程中，网格的疏密直接影响模拟的准确性和计算的效率，单元尺寸越小，网格越细致，计算精度越高，需要的时间也越长，但是当单元数目超过一定值时，计算精度不会再提高，反而大大增加了求解的时间。因此，为了保持较高的精度及减少求解时间，对熔覆层区域进行网格细化，在远离热影响区采用较稀疏的网格。统一划分为六面体网格。内壁熔覆模型的网格划分，如图2-1所示。图2-1模型网格划分示意图Figure2-1.Schematicdiagramofmodelmeshing图2-2力学边界条件Figure2-2.Mechanicalboundarycondition有限元应力仿真的过程中，需要对模型施加力学边界条件，其主要目的是为了约束模型的自由度。而约束自由度的目的是为了防止熔覆过程中基体出现刚性
【参考文献】：
期刊论文
[1]工艺路径对多层多道激光熔覆残余应力的影响[J]. 傅卫,方洪渊,白新波,陈国喜. 焊接学报. 2019(06)
[2]单道次激光熔覆304不锈钢数值模拟与实验研究[J]. 郭卫,张亚普,柴蓉霞. 激光与光电子学进展. 2019(09)
[3]热处理工艺对316L不锈钢粉末激光选区熔化成形的残余应力及组织的影响[J]. 边培莹. 材料热处理学报. 2019(04)
[4]激光熔覆技术研究现状与发展[J]. 姜波,李金朋. 科技创新导报. 2018(32)
[5]激光熔覆铁基合金的单层多道搭接工艺研究[J]. 张若宾,张瑞乾. 热加工工艺. 2018(22)
[6]内孔热喷涂技术的研究现状与展望[J]. 王海斗,何鹏飞,陈书赢,马国政,刘明,王海军,徐滨士. 中国表面工程. 2018(05)
[7]基于热力耦合的激光熔覆数值模拟与实验研究[J]. 任仲贺,武美萍,唐又红,韩基泰,龚玉玲. 激光与光电子学进展. 2019(05)
[8]大型厚壁筒体内壁感应加热三维温度场的数值模拟[J]. 赵朋成,韩硕. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2018(S1)
[9]浅析有限元软件在机械设计制造中的应用[J]. 李雨乐,王瑞. 中国战略新兴产业. 2018(32)
[10]激光表面改性技术及其研究进展[J]. 陈小明,王海金,周夏凉,赵坚,伏利,刘伟. 材料导报. 2018(S1)
博士论文
[1]激光熔覆INCONEL 718合金涂层的成分偏聚与强化机理研究[D]. 张尧成.上海交通大学 2013
[2]多组元金属粉末直接激光烧结过程数值模拟及烧结区域预测[D]. 沈显峰.四川大学 2005
硕士论文
[1]金属激光选区熔化增材制造数值模拟与实验研究[D]. 池敏.华东理工大学 2019
[2]激光熔覆Inconel 718合金数值模拟研究[D]. 咬登治.兰州理工大学 2019
[3]变壁厚零件激光熔覆中温度/应力场模拟及工艺研究[D]. 李强.新疆大学 2018
[4]激光选区熔化成形钛合金温度场和应力场数值模拟[D]. 彭刚勇.华中科技大学 2018
[5]内孔感应加热器的设计及其对大型筒体加热温度场影响的数值研究[D]. 韩硕.青岛科技大学 2018
[6]铸造铝合金激光熔覆修复工艺特性研究及应力场数值模拟[D]. 陈奥.哈尔滨工业大学 2017
[7]注塑机螺杆表面耐磨蚀涂层的制备及性能评价[D]. 何骅波.太原理工大学 2017
[8]环形件激光熔覆再制造研究[D]. 苏猛.燕山大学 2016
[9]油管内壁离子渗氮工艺及渗层性能研究[D]. 崔立超.中国石油大学(华东) 2016
[10]选区激光熔化TiNi形状记忆合金热—力耦合数值模拟及实验研究[D]. 何贝贝.南京航空航天大学 2016
本文编号：3031518
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