收藏本站
《西北工业大学》 2003年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

激光熔凝和激光熔覆的数学模型及数值分析

刘振侠  
【摘要】: 激光熔覆是一种先进的表面改性技术,它是在被熔覆的基体上以不同的方式放置选择的涂层材料,通过激光辐照使之和基体表面熔化,经过快速凝固形成低稀释度的与基体呈冶金结合的表面涂层,从而改善材料的表面性能。这是一项发展非常迅猛且具有广泛应用前景的材料加工新技术。本文的研究对象是同步送粉激光熔覆。同步送粉激光熔覆实际上是激光、熔覆材料和基体三者之间相互作用的过程,其中激光与基体,激光与熔覆材料粉末颗粒的相互作用是激光熔覆的两大关键。本文针对激光熔覆这两大过程进行了理论模型和数值分析研究,并进行了相应的实验研究。 本文的主要工作如下: 1、建立了对流—扩散,固—液相变统一的瞬态三维移动光源的激光熔凝数学模型。 2、建立和发展了针对该数学模型通用形式控制方程组的固定网格数值解法。 3、建立了激光熔凝和激光熔覆阈值条件计算方法和熔覆材料粉末流对激光束遮光率的模型。 4、建立了熔覆材料粉末颗粒穿越激光束温升的数学模型并进行了计算分析。 5、对激光熔凝和激光熔覆过程中所涉及的相关问题及影响因素进行深入系统的理论分析,数值分析和实验研究。对各种工艺参数对激光熔覆的影响规律进行了总结。 6、进行了激光熔凝实验和激光熔覆过程微距连续拍摄实验。 本文通过数值分析和实验研究得到以下主要结论: 一、激光与基体的相互作用: 包括激光熔凝和激光熔凝的阈值条件 1、浮力驱动熔池中液态金属的自然对流,从横切面看在熔池中形成以激光光斑中心轴为对称的两个方向相反的涡流,带动自由表面的液态金属从熔池中心流向熔池边缘,其形态类似于表面张力温度系数为负值时的情况。浮力驱动的自然对流其作用效果非常弱,对熔池形状,基体(包括熔池内外)温度场影响很小。考虑熔池中的自然对流与在基体中只考虑导热两种情况下的熔池形状及温度场分布几乎没有什么差别。浮力驱动的自然对流其速度在每秒微米的量级上。因此,从驱动力角度上看计算模型可以略去浮力,以减少计算量。 2、表面张力形成的热毛细流动(Marongoni 流)对熔池的形状、流场及温度场有很大的影响,热表面张力是熔池中液态金属流动的主要驱动力。其作用与 激光熔凝和激光熔覆的数学模型及数值模拟刘振侠 2、激光熔覆的闭值条件,可以通过激光熔凝的阂值条件和遮光率相祸合得 到。 3、熔覆材料粉末颗粒穿过激光束时,因吸收部分激光能量而温度升高。粉 末温升随着它与激光束作用时间增大而增大;相同的作用时间下,激光功率高则 温升高,光斑直径大则温升小。 4、就本文计算所涉及的范围内,粉末颗粒到达熔池前其温度没有达到其熔 点。
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TG174.44

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 张平;马琳;赵军军;原津萍;胡家帅;;激光熔覆数值模拟过程中的热源模型[J];中国表面工程;2006年S1期
2 陈静;谭华;杨海欧;刘振侠;黄卫东;;激光快速成形过程中熔池形态的演化[J];中国激光;2007年03期
3 刘振侠,黄卫东;激光表面熔凝多相区统一模型及数值分析[J];中国激光;2004年04期
4 陈静,杨海欧,杨健,黄卫东;TC4钛合金的激光快速成形特性及熔凝组织[J];稀有金属快报;2004年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 孙宽;激光熔覆修复技术的研究[D];河北工业大学;2006年
2 刘刚;激光表面对Al_(18)B_4O_(33)w/2024 Al复合材料腐蚀行为的影响[D];哈尔滨工业大学;2006年
3 刘珍峰;送粉式激光熔覆温度场的三维有限元模拟[D];华中科技大学;2006年
4 郎旭元;基于单道激光熔覆金属零件快速成形的数值模拟及试验研究[D];南华大学;2007年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 曾大文,谢长生;激光熔覆温度场和流场数值模拟研究现状和发展趋势[J];材料科学与工程;1997年04期
2 雷永平,史耀武,村川英一;表面活性元素对Marangoni流和熔池形状影响的数值分析[J];机械工程学报;1999年06期
3 刘俊成,介万奇,吕依礼,周尧和;非稳态不可压缩自由表面粘性流体的三维数值计算[J];应用力学学报;1998年03期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张富强,王久彬;连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座 第十三讲 连铸结晶器中钢液流动的研究[J];鞍钢技术;1998年06期
2 杨双根,金开军,朱春玲;液冷组件热设计[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2004年04期
3 王世萍,栾永卫,赵惇殳;高组装密度器件的散热分析[J];半导体学报;1996年05期
4 谷操,张力;中冷器进气室结构参数对流体流动状态影响研究[J];车辆与动力技术;1996年04期
5 张震,王国玉,张晓英,张美红,刘淑艳;喷水推进器斜流模型泵级内部流场与性能的研究[J];兵工学报;2005年05期
6 刘中良,马重芳;层流管流耦合换热对流体热边界条件的影响[J];北京工业大学学报;2002年01期
7 李秋实,陆亚钧,李玲;对旋轴流风机的稳态流场数值模拟[J];北京航空航天大学学报;2002年05期
8 于子文;曹义华;;前飞旋翼三维湍流场的数值模拟[J];北京航空航天大学学报;2006年07期
9 林国华,袁修干;引射混合器内流场的数值分析[J];北京航空航天大学学报;1997年05期
10 庄达民,袁修干;差分格式的优化组合[J];北京航空航天大学学报;1999年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 沈兴荣;冯学梅;蔡荣泉;;大型集装箱船桨舵干扰粘性流场的数值计算研究[A];2007年船舶力学学术会议暨《船舶力学》创刊十周年纪念学术会议论文集[C];2007年
2 许进;植仲培;李军;凌长明;;靠背式测速探头感受特性的数值模拟研究[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
3 雷永平;史耀武;;表面张力与合金元素汽化对激光加热表面温度的影响[A];第九次全国焊接会议论文集(第1册)[C];1999年
4 郑启光;辜建辉;王涛;王忠柯;陶星之;段爱琴;;激光深熔焊接的熔池行为与焊接缺陷的研究[A];湖北省激光学会论文集[C];2000年
5 熊用;丁学俊;;电站双流程凝汽器壳侧流场的准三维数值模拟[A];2007年鄂、皖、苏、冀四省电机工程学会汽轮机专业学术研讨会论文集(湖北卷)[C];2007年
6 党小庆;袁胜利;杨春方;马广大;;电除尘器气流分布CFD方法初步研究[A];第十一届全国电除尘学术会议论文集[C];2005年
7 党小庆;闫东杰;马广大;李倩婧;胡红胜;任燕;赵信志;潘民兴;袁伟锋;;电除尘器气流分布数值计算的研究和应用[A];第十二届中国电除尘学术会议论文集[C];2007年
8 潘小强;沈庆;袁瑾;陈徐均;;渡驳门桥水动力特性数值研究[A];第十二届中国海岸工程学术讨论会论文集[C];2005年
9 龙军平;羊明智;李粤;;基于等离子弧熔覆技术的研究[A];2007海南机械科技论坛论文集[C];2007年
10 刘曰武;刘俊丽;;渗流力学的发展及应用[A];第三届全国力学史与方法论学术研讨会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王云山;激光转镜宽带扫描热过程研究[D];天津工业大学;2004年
2 晁明举;金属材料表面激光淬火和激光熔覆若干关键技术研究[D];郑州大学;2003年
3 张庆茂;送粉激光熔覆应用基础理论的研究[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2000年
4 崔小朝;结晶器内钢水搅拌液固温耦合数值模拟与实验研究[D];燕山大学;2001年
5 张力;旋转气固多相流分离的数值分析及实验研究[D];重庆大学;2001年
6 胡云进;裂隙非饱和渗流试验研究及有地表入渗的裂隙岩体渗流数值分析[D];河海大学;2001年
7 黄细彬;高速含沙掺气水流及磨蚀机理的研究[D];河海大学;2001年
8 刘晓波;约束型快速流变系统薄层熔体流场与温度场研究[D];中南大学;2001年
9 高志;材料[液—固]流变界面传热机理与高梯度温变成型界面的建立[D];中南大学;2001年
10 喻宏;快堆钠火分析研究[D];中国原子能科学研究院;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 樊清华;铝合金A-TIG焊接法及熔深增加机理研究[D];兰州理工大学;2005年
2 朱银锋;用于激光再制造的二轴送粉头的设计[D];天津工业大学;2005年
3 方祥位;河流复氧及其数值模拟的研究[D];西安理工大学;2000年
4 马霞;气泡羽流的数值模拟研究[D];西安理工大学;2000年
5 郑小波;混流式转轮的全三维设计[D];西安理工大学;2000年
6 张志霄;自然油循环电力变压器线圈冷却结构换热性能研究[D];河北工业大学;2000年
7 魏利霞;轴对称体激光相变硬化过程温度场和应力场的数值模拟[D];大连理工大学;2000年
8 胡斌;循环流化床锅炉(CFB)炉膛内流动结构与温度分布数值模拟计算[D];大连理工大学;2000年
9 刘岚;蒸汽喷射器三维流场的数值模拟计算与分析[D];大连理工大学;2000年
10 陈晓军;孔隙介质中压差驱动下油气运移实验研究[D];西北大学;2000年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄延禄,李建国,梁工英,苏俊义;送粉激光熔覆中送粉速率对激光束与粉末流相互作用的影响(英文)[J];稀有金属材料与工程;2005年10期
2 张松,张春华,文効忠,吴维,王茂才;2Cr13钢表面激光熔覆Co基合金组织及其性能[J];稀有金属材料与工程;2001年03期
3 王长贵,李志远,黄安国;75CrMnMo铸钢轧辊激光熔凝强化的组织及性能分析[J];钢铁;2004年09期
4 翁铸,伍丽峰,陆文雄;激光熔覆与合金化层的缺陷产生及其防止[J];激光与光电子学进展;2003年10期
5 赵海鸥,李春华;激光熔覆工艺特性及裂纹敏感性研究[J];金属热处理;2001年01期
6 李明喜,何宜柱,孙国雄;Co基合金激光熔覆层组织及近表面结晶方向[J];东南大学学报(自然科学版);2002年06期
7 宋建丽,邓琦林,胡德金,陈畅源;激光熔覆成形316L不锈钢组织的特征与性能[J];中国激光;2005年10期
8 刘录录;孙荣禄;;激光熔覆技术及工业应用研究进展[J];热加工工艺;2007年11期
9 胡卫英;陈长乐;;相场法模拟纯金属枝晶生长参数的优化[J];特种铸造及有色合金;2007年03期
10 杜建红,白培康,程军;选择性激光烧结过程温度场数值模拟[J];华北工学院学报;2000年01期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 何静波;黄因慧;田宗军;刘志东;王玮琳;刘朝晖;;激光重熔过程流场及温度场的数值模拟研究现状和发展[A];2005年中国机械工程学会年会第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张庆茂;送粉激光熔覆应用基础理论的研究[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2000年
2 张剑峰;Ni基金属粉末激光直接烧结成形及关键技术研究[D];南京航空航天大学;2002年
3 晁明举;金属材料表面激光淬火和激光熔覆若干关键技术研究[D];郑州大学;2003年
4 刘传胜;氮化碳纳米复合涂层摩擦磨损和耐水蚀研究[D];武汉大学;2004年
5 杨雷;激光微加工系统中若干关键技术的研究[D];郑州大学;2003年
6 李会山;激光再制造的光与粉末流相互作用机理及试验研究[D];天津工业大学;2004年
7 赵朋成;全熔透TIG焊接熔池形态瞬时行为的数值模拟[D];山东大学;2003年
8 李鹏;基于激光熔覆的三维金属零件激光直接制造技术研究[D];华中科技大学;2005年
9 沈显峰;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];四川大学;2005年
10 石娟;齿轮激光表面处理的若干关键技术研究[D];同济大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨坤;镍基合金激光熔覆层质量改善的研究及其应用[D];郑州大学;2005年
2 胡卫英;金属过冷熔体中枝晶侧枝生长的相场法模拟[D];西北工业大学;2007年
3 许鹏;炮钢表面激光熔覆纯铬粉末的研究[D];长春理工大学;2006年
4 赵丽美;镍基自熔性合金粉末的制备及其涂层耐蚀性能的研究[D];兰州理工大学;2007年
5 雷旭霞;陶瓷、硬质合金刀具激光强韧化机理及技术研究[D];大连理工大学;2000年
6 戴华;气门密封面激光熔覆钴基合金层凝固组织特征及其残余应力研究[D];武汉理工大学;2002年
7 邓迟;在激光熔覆条件下生物陶瓷涂层传热和传质的数值模拟[D];重庆大学;2002年
8 赵群;激光和热喷涂表面改性涂层的研究[D];大连理工大学;2003年
9 王建军;基于激光熔覆的快速制造技术的初步研究[D];天津工业大学;2003年
10 赵栋;镍基合金激光熔覆技术若干问题研究[D];郑州大学;2003年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 王宝云,李争显,马东康;钛及钛合金表面强化技术[J];稀有金属快报;2005年07期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 肖猛;赵剑峰;;金属零件快速成形制造技术在国内的研究与发展[A];2005年中国机械工程学会年会论文集第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
2 何静波;黄因慧;田宗军;刘志东;王玮琳;刘朝晖;;激光重熔过程流场及温度场的数值模拟研究现状和发展[A];2005年中国机械工程学会年会论文集第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
3 肖猛;赵剑峰;;金属零件快速成形制造技术在国内的研究与发展[A];2005年中国机械工程学会年会第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
4 何静波;黄因慧;田宗军;刘志东;王玮琳;刘朝晖;;激光重熔过程流场及温度场的数值模拟研究现状和发展[A];2005年中国机械工程学会年会第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 余先涛;铝合金表面激光熔覆Ni基合金及其摩擦学特性研究[D];武汉理工大学;2005年
2 朱娟芳;激光快速成形技术制作纯钛植入材料的实验研究[D];第四军医大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 张凤英;低成本氢化脱氢钛合金粉末的激光快速成形[D];西北工业大学;2006年
2 何静波;喷射电镀层激光重熔的温度场分析及应用研究[D];南京航空航天大学;2006年
3 王维;TC4合金激光快速修复过程中熔合不良缺陷的评价研究[D];西北工业大学;2007年
4 昝林;激光快速成形TC21钛合金的组织和力学性能研究[D];西北工业大学;2007年
5 张成军;激光表面重熔对电冶熔铸WC/钢复合材料组织性能的影响[D];合肥工业大学;2007年
6 郭华锋;金属粉末激光直接烧结温度场的三维有限元模拟及实验研究[D];江苏大学;2006年
7 常明;塑料模具激光精密修复技术的研究[D];华南师范大学;2007年
8 陈勇;45钢喷射电镀镍层激光重熔温度场数值模拟及其性能研究[D];南京航空航天大学;2007年
9 郑春光;热锻模模膛表面激光熔覆Cr_3C_2耐热层的应用基础研究[D];武汉理工大学;2007年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵海信,莫易敏,余先涛;铝合金表面激光熔凝Ni基金属粉末的特性研究[J];表面技术;2005年05期
2 李会山,杨洗陈,于滨;铸铁凸轮轴激光熔凝工艺和性能研究[J];表面技术;2003年06期
3 张光钧;激光热处理的现状及发展[J];金属热处理;2000年01期
4 张松,颜永根,朱荆璞,王茂才,吴维韬;钇对激光熔覆钴基合金组织和高温腐蚀性能的影响[J];中国稀土学报;1992年04期
5 杨永强,田乃良;激光熔覆高温合金及其应用[J];中国激光;1995年08期
6 尚丽娟,李超,周述仁,翟萍;铈对激光熔覆钴基自熔合金的改性[J];金属热处理学报;1995年02期
7 李言祥,沈文;铝表面激光熔覆陶瓷原理和工艺的研究[J];表面技术;1997年06期
8 韩培德,武晓雷,孙艳明;铁基合金激光熔覆组织及其冲击磨损性能[J];材料科学与工艺;1999年02期
9 马乃恒,方小汉,梁工英,苏俊义;激光熔覆原位合成TiC_p/Al复合材料[J];中国有色金属学报;2000年06期
10 范春华,黄因慧,张建华,赵剑峰,张剑峰,沈以赴;激光熔覆陶瓷超微粉表面改性[J];材料开发与应用;2001年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 顾建强;姚建华;骆芳;胡晓冬;陈智君;;激光熔覆残余应力场的数值模拟[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集(上册)[C];2009年
2 冯荣元;苏满恒;;激光熔覆修复技术在柴油机铸造零件缺陷挽救中的应用[A];2012(第22届)重庆市铸造年会论文集[C];2012年
3 杨楠;董华军;;激光熔覆中金属粉末流的参数检测[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
4 魏敏;周新远;宋占永;赵可可;汪勇;于鹤龙;;高熵合金涂层激光熔覆成形机理研究初探[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
5 董世运;徐滨士;韩杰才;杜善义;;激光熔覆Cu基自生复合材料涂层的组织[A];第十次全国焊接会议论文集(第1册)[C];2001年
6 刘秀波;王华明;;La_2O_3对TiAl合金激光熔覆复合材料涂层组织与耐磨性的影响[A];2000年材料科学与工程新进展(下)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
7 周昌炽;唐西南;;激光熔覆合金和陶瓷复合涂层开裂的研究[A];特种加工技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
8 武晓雷;洪友士;;激光熔覆表层与基体界面区的力学性质分布特征[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
9 刘秀波;王华明;;γ-TiAl合金激光熔覆复合材料涂层组织与性能[A];2000年材料科学与工程新进展(下)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
10 赵洪运;孙清洁;舒凤远;姜云禄;;AlN陶瓷表面快速制备铜覆层激光熔覆温度场的模拟及工艺参数对温度场的影响[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 翟扬;激光熔覆硼、钛材料市场海阔天空[N];中国有色金属报;2003年
2 本报记者 应尤佳;大族激光战略布点激光热处理[N];上海证券报;2007年
3 魏玮;大族激光4250万元投资激光热处理[N];中国证券报;2007年
4 本报记者 王璐;进军热处理 大族激光有意完成产品拼图[N];上海证券报;2007年
5 本报记者  霍峰 本报通讯员  孟繁;中发激光的“领跑”意识[N];青岛日报;2006年
6 李正阳;改善轧辊质量的有效途径[N];中国冶金报;2006年
7 熊金超;武汉中国光谷创造出我国激光产业18个“第一”[N];大众科技报;2006年
8 沈阳生产力促进中心;探索激光技术加工新“大陆”[N];科技日报;2003年
9 安信证券 侯利;大族激光 开拓发展空间[N];中国证券报;2007年
10 孟唤 郑东鸿;中国制造业发现“新大陆”[N];经理日报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘振侠;激光熔凝和激光熔覆的数学模型及数值分析[D];西北工业大学;2003年
2 黄凤晓;激光熔覆和熔覆成形镍基合金的组织与性能研究[D];吉林大学;2011年
3 李美艳;高铬铸钢轧辊激光熔凝改性研究[D];中国石油大学;2010年
4 张三川;送粉激光熔覆陶瓷掺杂复合涂层技术及涂层成形机理研究[D];郑州大学;2002年
5 董丹阳;钢的激光辅助渗硅过程与组织性能[D];东北大学;2008年
6 张晓东;齿类件激光再制造及性能提升方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
7 李刚;Zr基非晶合金激光熔覆与诱导自蔓延合成[D];大连理工大学;2003年
8 黄灿;钛合金表面激光熔覆TiCrAlSi系多主元合金涂层的研究[D];北京有色金属研究总院;2012年
9 张群莉;激光熔覆制备超细陶瓷复合涂层的组织与性能研究[D];浙江大学;2013年
10 晁明举;金属材料表面激光淬火和激光熔覆若干关键技术研究[D];郑州大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张春成;抽油光杆激光熔覆表面耐磨损与防腐蚀性能研究[D];大庆石油学院;2010年
2 冯旭东;低碳钢表面激光熔覆镍基涂层组织及耐蚀性研究[D];河南理工大学;2011年
3 郎志华;激光熔覆金属陶瓷涂层的组织与性能研究[D];大连理工大学;2011年
4 杨红梅;微纳米增强金属基复合涂层激光熔覆工艺及组织性能研究[D];燕山大学;2011年
5 戎磊;激光熔覆碳化钨颗粒增强镍基合金梯度涂层的研究[D];上海交通大学;2011年
6 黄文荣;Cr_(12)MoV模具钢的激光熔覆[D];四川大学;2002年
7 周杰;CO_2激光熔覆修复冷作模具表面的组织及性能研究[D];吉林大学;2010年
8 陆萍萍;万米深井钻机刹车盘表面激光熔覆组织与性能研究[D];中国石油大学;2010年
9 曹国光;碳钢表面激光熔覆铁基B_4C陶瓷材料的组织与性能研究[D];太原理工大学;2010年
10 张静;QT600-3铸铁件表面激光熔覆工艺研究[D];湖南大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026