结构陶瓷激光加工的热应力分析

针对结构陶瓷具有高脆性,在激光加工时容易因热应力而产生微裂纹的问题,建立了结构陶瓷激光加工时的非定常温度场模型和热弹性热应力模型,并采用求相应泛函极值的方法进行了求解.对这些模型进行了在脉冲式激光作用条件下的有限元法数值模拟,分析加工参数与热应力的关系,用以指导在加工中避免或减少裂纹的产生.模拟结果表明了该方法的合理性和有效性.     

厚层激光熔覆层裂纹控制的综合实验研究与理论分析

采用5kW横流CWCO2激光器,对不同基体材料的核阀与石化高参数阀门密封面进行激光熔覆,所用合金粉为CoCrWB与NiCrFeBSi合金粉末,在研究解决了厚层单道熔覆裂纹问题基础上,得到了厚2－3．5mm,表达平整、无质量缺陷的激光熔覆层,结合激光熔覆阀门零件的试验研究,分析探讨了影响熔覆层,特别是厚层熔覆层裂纹形成的各种因素及其综合影响,提出了关于建立判断熔覆层裂纹形成的应力判据模型的思路。     

激光熔覆IN718合金涂层的组织特征、力学性能和热裂纹行为综述

对激光熔覆IN718合金涂层的熔覆涂层微观组织、成分偏聚特征和熔覆层力学性能进行综述,并对激光熔覆IN718合金热处理工艺及热处理后的力学性能、涂层热裂纹特征等进行归纳总结,最后对激光熔覆IN718合金涂层的研究方向提出了展望,指出可在激光熔覆IN718合金涂层的加工成形、微观组织、高温力学性能和热腐蚀等方面开展进一步研究。     

316L不锈钢激光熔覆层的组织及硬度分析

在304不锈钢表面预置316L不锈钢粉末,采用CO2激光器熔覆制备316L粉末涂层.观察了激光熔覆表面形貌的成形质量,研究了不同工艺参数对熔覆层微观组织、显微硬度和材料成分的影响.结果表明:熔覆涂层无明显裂纹、气孔等缺陷,与基材结合良好;熔覆层是由细小等轴晶和柱状晶组成,且当激光功率为1.5 kW时,奥氏体晶粒更加均匀、细小;激光功率对熔覆层的显微硬度影响不大,激光熔覆前后,组织成分(质量分数,全文同)没有明显变化,316L不锈钢熔覆粉末适用于304不锈钢基材的修复.     

激光熔覆加工层结构热应力模型的建立与探讨

介绍了激光熔覆加工中形成的涂层、结合区、基体这一多层结构，以及它们之间的物理、机械性能的差异所导致的热应力及热应变，并建立了该种层结构的数学和物理模型。     

铝合金表面激光熔覆高硅涂层的组织与磨损性能

用7kW横流C02激光器在ZL101铝合金表面激光熔覆高硅涂层。探索不同激光功率熔覆对涂层质量的影响,分析涂层的微观组织,测试涂层的硬度和磨损性能。结果表明：在优化工艺参数下制备出的激光熔覆高硅涂层组织致密、无气孔和裂纹,激光熔覆层中存在大量初晶Si、α-Al树枝晶和共晶组织。涂层与基体结合区处呈现典型的外延生长特征,形成了良好的冶金结合。熔覆层的横截面硬度在HV150～320之间,是基体的2～3倍,并显著提高了基体的耐磨性能。     

Mg、La合金粉的添加对Ni基粉激光熔覆层高温拉伸性能的影响

为了改善Ni基粉激光熔覆层在高温时的拉伸性能,在熔覆修理的过程中,在Ni基粉中加入适量的Mg、La进行熔覆试验。结果表明,该试验显著提高了镍基合金粉末的抗拉性能,延伸率提高了30%左右。Mg和La的加入可降低Ni基粉在高温状态下裂纹的产生,改善晶界第二相的形态,从而强化晶界、降低晶界能,增加原子间结合力,从而降低晶界裂纹的扩展,导致强度和塑性均得到提高。     

多道送粉式激光熔覆温度场的有限元分析

根据激光熔覆的特点, 建立了激光熔覆温度场分析的模型, 对多道送粉式激光熔覆过程的温 度场进行了有限元分析.在分析过程中, 激光热源模型为可移动的高斯热源, 该模型适合熔覆层厚 度不大的情况.并采用“单元生死法”来模拟激光熔覆过程中激光粉末不断被熔覆的过程.结合以上 分析过程, 我们利用ANSYS 有限元分析软件来编写一段相应的APDL 命令流, 运行命令流后, 通 过ANSYS 后处理器便可查看相应的计算结果.分析结果表明:每一道中各步的中心点温度的峰值 基本上相等, 并且热循环曲线相似, 只是在时间上有延迟.后一道各步中心点的温度峰值比前一道 各步的要高, 但是这种增值的幅度越来越小.     

激光熔覆技术与进展

从熔覆工艺、熔覆材料及熔覆层性能特点等方面对近年来兴起与发展的金属材料激光表面熔覆新技术进行介绍,针对正在研究的包括多道熔覆、防止开裂等重点问题探讨激光熔覆的发展趋势,并介绍了其在修复再制造产业上的应用前景.     

基于铝合金的激光熔覆技术研究

介绍了铝合金表面激光熔覆工艺的研究,其中包括铝合金的熔覆方法、熔覆材料、工艺参数对铝合金熔覆层的影响、铝合金表面激光熔覆强化层的微观组织和性能,提出了铝合金表面激光熔覆层存在的问题及改进方法,并概括了激光熔覆技术在铝合金上的应用现状及未来的发展趋向。     

Optimization of processing parameters for laser powder deposition using finite element method

In order to investigate the effects of powder materials and processing parameters on thermal and stress field during laser powder deposition (LPD), a finite element model was developed with the help of ANSYS software. The finite element model was verified by the comparison between the experimental results and computed results. Then LPD processes with different powder materials and processing parameters were simulated by using the FE model. The results show that less difference of thermal conductivity and thermal expansion coefficient between powder material and substrate material produces lower residual stress; higher laser power, laser scanning speed and smaller laser beam diameter can lead higher peak temperature and higher residual stress. The research opens up a way to rational selection of the powder materials and processing parameters for ensured quality.     

空心激光辐照薄膜产生温度场与应力场的数值模拟与分析

为了考察空心激光辐照下膜层的温度场及应力场的分布特征,基于传热学及弹性力学理论,建立空心激光与膜层相互作用的热应力模型。利用有限元数值分析方法求解物理模型,通过对数值结果的分析,可以得出随着激光能量的增强,温升增大,其应力也随之变大的特征及变化规律。其结果可为激光与光学薄膜相互作用提供一定的理论依据。     

多脉冲激光辐照增透膜产生热应力的数值模拟

研究并建立了多脉冲激光辐照Al2O3增透薄膜及K9玻璃基底的物理模型,采用有限元算法求解相应的热传导方程和热应力方程,得到了材料内部热应力场分布。数值模拟结果表明,材料内部环向力起主导作用,且温度冷却时,残余环向热应力沿径向移动,在低频情况下,先发生热应力损伤的是基底,后发生热应力损伤的是薄膜。研究成果可为激光与薄膜相互作用机理以及薄膜的抗激光损伤提供一定的理论依据和指导。     

Numerical Simulation of Transient Thermal Stress Field for Laser Metal Deposition Shaping

To decrease thermal stress during laser metal deposition shaping (LMDS) process, it is of great importance to learn the transient thermal stress distribution regularities. Based on the "element life and death" technique of finite element analysis (FEA), a three-dimensional multi-track and multi-layer numerical simulation model for LMDS is developed with ANSYS parametric design language (APDL) for the first time, in which long-edge parallel reciprocating scanning paths is introduced. Through the model, detailed simulations of thermal stress during whole metal cladding process are conducted, the generation and distribution regularities of thermal stress are also discussed in detail. Using the same process parameters, the simulation results show good agreement with the features of samples which fabricated by LMDS.     

激光损伤1064nm增透熔石英的热应力数值模拟研究

研究并建立了激光损伤1064nm增透熔石英的理论模型,采用数值模拟方法计算了1064nm增透熔石英内部的瞬态温度场和应力场分布,分析了激光对1064nm增透熔石英的损伤机理。结果表明：激光对1064nm增透熔石英的损伤存在一定的累积效应,其效果使材料的损伤程度加剧,材料内部沿径向的温度梯度较大,沿轴向产生的温度梯度较小。在应力损伤中,环向应力起主要作用。1064nm增透熔石英发生损伤时,主要从激光作用中心点或光斑半径边缘附近开始。     

激光辐照金属圆柱壳体热应力分析

研究了激光辐照金属圆柱壳体的热力效应,运用有限元法计算了金属圆柱壳体三维热传导模型的温升与热应力分布,计算中考虑了材料的热学和力学性质的非线性,讨论了几个特定时刻的圆柱壳体内外表面的热应力和热变形。结果表明,光斑边缘附近区域的等效应力最大并随加载时间增加向外移动,圆柱壳体的热变形在光斑区由内表面向外凸出。     

STUDY ON DETERMINING K_(Ic) OF CERAMIC MATERIALS BY INDENTATION MICROFRACTURE

In this paper,by studying the accuracy ofindentation microfrature,it is pointed out that the residualstress in the indentation site plays a critical role,whichmakes the theoretlcal analysis extremely difficult and theindentation microcracks slowly expaned,therefore,affectsthe accuracy of measurement.It is concluded that accordingto the microtstructure analysis it is not acceptable to estimatecompletely the accuracy of determining K_(?) by indentationmicrofracture from the point of view of classical fracturemechanics.     

多波段激光合束镜温度适应性分析

环境温度是激光合束镜设计过程中需要考虑的重要因素。研究了实际应用中环境温度对合束激光光束质量产生的影响。对高功率红外激光常用的材料Zn Se建立光-机-热集成仿真,利用瞬态导热方程和应力应变平衡方程对温度场,应力场进行仿真计算。将离散的有限元数据提取后通过Zernike多项式拟合镜面畸变。并将透镜折射率的变化转变为光程差的变化,求得出射激光远场光强分布、β因子、环围能量比BQ作为激光光束质量的评价标准。在环境温度(-40℃~+50℃)条件下,长波段激光光束质量保持较好,其β因子最大值为1.761;短波段激光光束质量接近衍射极限,其β因子最大值为1.072。结果显示在环境热冲击下通过合束镜的长波激光以及短波激光保持了良好的光束质量,满足合束镜环境温度使用要求。     

不同波长激光对半导体Si表面的损伤机制

为了研究不同激光对半导体Si表面的损伤机制,实验中采用扫描电镜记录1064 nm激光和248 nm激光对单晶Si材料的表面损伤.通过比较,发现在紫外光辐照下Si表面熔融效应明显并且出现了清晰的周期性条纹.经分析认为表面损伤主要是热应力、激光自持爆轰波的冲击压力和蒸发波的反冲力所导致,损伤形貌的差异则源于材料对不同激光的吸收系数有显著差别.     

电连接器激光软钎焊焊点的热疲劳寿命预测

通过建立Micro-USB电连接器有限元模型，采用Anand统一性本构方程描述焊点在循环温度载荷作用下的力学行为；借助ANSYS软件分析模拟焊点应力应变分布和变化情况；运用基于塑性应变的Coffin-Manson方程，计算激光软钎焊焊点在热循环温度作用下的热疲劳寿命。结果表明，电连接器激光软钎焊焊点在热循环作用下，最大应力应变位于中间部位的焊点与金属Pin相互接触处，其疲劳寿命最低，为1 146次，从而确定易发生失效的危险部位。该结论可为电连接器的设计、制作和测试提供理论依据。