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旁路耦合电弧焊温度场模拟及验证

物理学报 2012年第2期61卷 23-29页

作者：石玗韩日宏黄健康樊丁兰州理工大学甘肃省有色金属新材料重点实验室兰州730050 兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室兰州730050

针对旁路耦合电弧焊的特点,建立了一种适于用旁路耦合电弧焊的复合热源模型.利用该热源模型对不同焊接参数下的旁路耦合电弧焊温度场进行了数值分析,得到了总电流相同时不同旁路电流下的焊缝熔深、母材温度和特征点焊接热循环曲线的模... 详细信息

针对旁路耦合电弧焊的特点,建立了一种适于用旁路耦合电弧焊的复合热源模型.利用该热源模型对不同焊接参数下的旁路耦合电弧焊温度场进行了数值分析,得到了总电流相同时不同旁路电流下的焊缝熔深、母材温度和特征点焊接热循环曲线的模拟结果,分析了旁路耦合电弧焊焊接参数对母材热输入的影响,并将特征点热循环曲线的模拟结果与相同条件下的试验结果进行了比较.结果表明,焊接总电流相同时母材热输入随着旁路电流的增加而降低,且越靠近焊缝母材热输入的降幅越大,特征点焊接热循环曲线的模拟结果与试验结果基本一致,旁路耦合电弧焊温度场模型是合理的,所建立的热源模型能够正确反映焊接参数与母材热输入之间的关系.

关键词：旁路耦合电弧焊复合热源模型焊接温度场母材热输入

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双旁路耦合电弧MIG焊熔滴过渡受力分析

机械工程学报 2012年第8期48卷 44-48页

作者：黄健康韩日宏石玗樊丁张裕明兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室兰州730050 肯塔基大学生产制造中心

针对双旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护(Metal inert gas,MIG)焊过程,使用高速摄像采集不同旁路电流下的熔滴过渡图像,通过图像处理提取熔滴过渡数据信息,并对熔滴所受的主要作用力进行定量计算。根据计算结果对比分析不同参数下熔滴受... 详细信息

针对双旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护(Metal inert gas,MIG)焊过程,使用高速摄像采集不同旁路电流下的熔滴过渡图像,通过图像处理提取熔滴过渡数据信息,并对熔滴所受的主要作用力进行定量计算。根据计算结果对比分析不同参数下熔滴受力的动态变化情况,研究旁路电弧对熔滴过渡的促进机理。结果表明,在焊接总电流较大的情况下电磁力对双旁路耦合电弧MIG焊熔滴过渡的影响最显著,旁路电弧可以促进熔滴上弧根面积的扩展和熔滴缩颈的形成,通过增加向下的电磁力来促进熔滴过渡,且旁路电流越大旁路电弧对熔滴过渡的促进作用越明显;在焊接总电流不变的情况下,随着旁路电流的增加熔滴过渡频率随之增加,熔滴尺寸随之减小,熔滴过渡形式逐渐由大滴过渡转变为喷射过渡。

关键词：双旁路耦合电弧焊熔滴受力熔滴过渡

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多元合金激光增材制造凝固组织演变模拟

焊接学报 2020年第5期41卷 71-77,I0005页

作者：齐海波张云浩冯校飞韩日宏吴栋石家庄铁道大学石家庄050043 河北省交通工程材料重点实验室石家庄050043 中国科学院金属研究所沈阳110016

针对多元合金激光熔覆过程,基于有限元方法和元胞自动机技术建立了多元合金激光熔覆熔池三维传热传质及凝固组织形貌演变模型,通过自行开发的宏微观耦合接口程序实现了三维熔池模型和多元合金凝固组织演变模型的耦合.针对IN718激光熔覆... 详细信息

针对多元合金激光熔覆过程,基于有限元方法和元胞自动机技术建立了多元合金激光熔覆熔池三维传热传质及凝固组织形貌演变模型,通过自行开发的宏微观耦合接口程序实现了三维熔池模型和多元合金凝固组织演变模型的耦合.针对IN718激光熔覆过程中的传热传质和凝固组织演变过程进行了模拟,研究了基板初始晶粒尺寸、异质形核及多层熔覆扫描路径对熔覆层凝固组织形貌的影响机理,并对模拟结果进行了试验验证.结果表明,模拟结果与实际物理过程吻合较好,所开发的耦合模型能够真实反映多元合金激光熔覆过程.

关键词：多元合金激光增材制造凝固组织数值模拟

激光熔覆SiC_(f)/Ti-6Al-4V复合材料界面特性与微观力学性能研究

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稀有金属材料与工程 2022年第9期51卷 3360-3365页

作者：韩振中赵琪冉庆选韩日宏蒋晓军齐海波石家庄铁道大学材料科学与工程学院河北石家庄050043 河北省交通工程与环境协同发展新材料重点实验室河北石家庄050043

针对激光熔覆制备SiC_(f)/Ti-6Al-4V复合材料过程中反应时间短和扩散时间短的问题,开展了不同真空热暴露条件下SiC_(f)/Ti-6Al-4V复合材料界面特性和微观力学性能的研究。借助扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、... 详细信息

针对激光熔覆制备SiC_(f)/Ti-6Al-4V复合材料过程中反应时间短和扩散时间短的问题,开展了不同真空热暴露条件下SiC_(f)/Ti-6Al-4V复合材料界面特性和微观力学性能的研究。借助扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、纳米压痕仪,表征了经不同温度、不同时间真空热暴露后界面反应层厚度、界面处化学成分、微观力学性能。研究发现,激光熔覆叠层技术制备复合材料过程中增强体、C涂层、基体之间会发生界面反应,其主要界面反应产物为TiC。短时真空热暴露会使得界面反应层厚度增加,C涂层厚度减小,随着热暴露时间延长,反应层的生长符合抛物线规律,反应的动力学参数频率因子k0=6.005×10^(-3) m·s^(-1/2),反应激活能Q=143.13 kJ·mol^(-1)。经900℃短时真空热暴露,纤维、C涂层、基体及界面反应层的硬度和弹性模量没有发生明显的变化,表明该材料在900℃及以下温度具有良好的短时热稳定性。

关键词： TMCs 真空热暴露界面特性微观力学性能

宏微观耦合模拟熔池不同区域中枝晶竞争生长过程

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物理学报 2014年第22期63卷 377-388页

作者：韩日宏董文超陆善平李殿中李依依中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室沈阳110016

针对熔化焊过程建立了宏微观耦合模型,模拟了熔池内不同区域凝固过程中随机取向枝晶的竞争生长过程.通过宏观三维有限元模型计算熔池中瞬态的传热传质过程,利用双线性插值算法将凝固参数传递给微观组织模型.采用元胞自动机法模拟随机取... 详细信息

针对熔化焊过程建立了宏微观耦合模型,模拟了熔池内不同区域凝固过程中随机取向枝晶的竞争生长过程.通过宏观三维有限元模型计算熔池中瞬态的传热传质过程,利用双线性插值算法将凝固参数传递给微观组织模型.采用元胞自动机法模拟随机取向的枝晶在熔池凝固条件下的竞争生长过程.模拟结果表明,所建立的微观模型能够精确模拟任意生长取向的枝晶.凝固条件中最大温度梯度方向对枝晶竞争过程有明显选择作用,生长方向与最大温度梯度方向相同或接近的枝晶在竞争中具有更大优势.焊缝中的晶粒组织由枝晶簇发展形成,晶粒组织的形貌演变取决于相邻枝晶簇之间的竞争过程,具有择优取向的枝晶簇会逐渐排挤非择优取向的枝晶簇并最终将其阻挡在凝固组织内部,宏观晶粒的取向与其内部枝晶簇的生长方向并不一定相同.熔池中心线附近区域在焊接过程中具有更小的温度梯度、更大的凝固速率以及更大的局部冷却速率,凝固后可以获得更加细小的焊缝枝晶组织.枝晶间距的模拟结果与相应凝固条件下的试验数据符合较好.

关键词：焊接熔池枝晶形貌竞争生长元胞自动机

基于CFD-DEM的激光熔覆粉末利用率仿真分析

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表面技术 2024年第17期53卷 146-156页

作者：范红丽齐海波张钊韩日宏刘玉兵石家庄铁道大学石家庄050043 石家庄职业技术学院石家庄050800 河北省交通工程与环境协同发展新材料重点实验室石家庄050043

目的为准确描述激光熔覆过程中粉末与粉末、送粉管、基板之间存在碰撞的事实,提高粉末利用率,探究送粉量、载气量和保护气量对粉末利用率的影响规律及原因。方法首先,基于FLUENT有限元分析软件和EDEM离散元分析软件建立基于CFD-DEM的激... 详细信息

目的为准确描述激光熔覆过程中粉末与粉末、送粉管、基板之间存在碰撞的事实,提高粉末利用率,探究送粉量、载气量和保护气量对粉末利用率的影响规律及原因。方法首先,基于FLUENT有限元分析软件和EDEM离散元分析软件建立基于CFD-DEM的激光熔覆三维耦合模型,对粉末流从喷嘴喷射到达熔池的全过程进行气固两相流模拟仿真;然后,采用正交方差分析法确定送粉量、载气量和保护气量对粉末利用率的影响规律;最后,利用粉末收集试验和单道激光熔覆试验验证模型的可靠性及准确性。结果粉末利用率方差分析结果表明,送粉量、载气量和保护气量的显著性差异评价量F值分别为169.079、114.317、50.153;粉末利用率随送粉量、载气量和保护气量的增大均先提高后降低;在送粉电压18 V、载气量15 L/min、保护气量10 L/min和送粉电压14 V、载气量11 L/min、保护气量8 L/min 2种极端工况下进行粉末收集试验,模拟值与试验值误差分别为4.03%、4.54%;在激光功率1100 W、扫描速度5 mm/s下进行单道激光熔覆试验,模拟值与试验值误差分别为16.13%和16.50%,说明该模型准确可靠。结论送粉量对粉末利用率的影响最大,载气量次之,保护气量影响最小;获取较高粉末利用率的最优组合参数为送粉电压16V、载气量13 L/min、保护气量10 L/min。

关键词：激光熔覆粉末利用率 CFD-DEM 碰撞工艺参数模拟仿真

同轴送粉激光熔覆气-粉耦合传输行为数值模拟

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激光与光电子学进展 2021年第7期58卷 256-263页

作者：冯校飞韩日宏高昱武姜汝齐海波石家庄铁道大学材料科学与工程学院河北石家庄050043 河北省交通工程材料重点实验室河北石家庄050043 山东大学材料科学与工程学院山东省现代焊接工程技术研究中心山东济南250014

针对同轴送粉激光熔覆气-粉耦合传输过程,提出了一种等效模型。该等效模型考虑粉末与喷嘴壁、粉末之间复杂碰撞行为对粉末出射角度和速度的影响。并建立了喷嘴外部的气-粉传输模型。对粉末瞬态位置、运动轨迹及连续分布的平均密度进行模... 详细信息

针对同轴送粉激光熔覆气-粉耦合传输过程,提出了一种等效模型。该等效模型考虑粉末与喷嘴壁、粉末之间复杂碰撞行为对粉末出射角度和速度的影响。并建立了喷嘴外部的气-粉传输模型。对粉末瞬态位置、运动轨迹及连续分布的平均密度进行模拟,研究工件表面状态和压缩气流速对上述变量的影响规律。结果表明:粉束整体形貌、聚集位置及轨迹线密度的模拟结果均与实验结果吻合较好;熔池未形成时对粉末的反弹在距离工件约10 mm高度的粉束中心区域较为显著,该区域的粉末密度最大提升了约1倍,而随着距离工件的高度增加,粉末密度的提升效果逐渐减弱;压缩气流速提高至2.5 m/s时,粉束中心轴线上粉末密度增加至约5.2 kg/m^(3),而压缩气流速继续提高至5.0 m/s时,中心线上粉末密度则下降了约8%。

关键词：激光光学激光熔覆气-粉耦合传输粉末密度数值模拟

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同轴送粉激光熔覆粉末传输行为研究进展

热加工工艺 2020年第16期49卷 21-23,27页

作者：韩鑫冯校飞张云浩韩日宏石家庄铁道大学材料科学与工程学院河北石家庄050043

同轴送粉激光熔覆技术能实现三维零件直接制造和再制造,而粉末传输行为会对熔覆层的形状和组织产生直接影响。主要从送粉系统、粉末传输过程中的工艺参数以及粒子与喷嘴壁的碰撞行为等方面综述了影响粉末传输行为的因素。

关键词：激光熔覆同轴送粉粉末传输行为

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MIG堆焊温度场有限元求解及验证

兰州理工大学学报 2011年第3期37卷 23-27页

作者：黄健康韩日宏薛诚石玗樊丁兰州理工大学甘肃省有色金属新材料重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室甘肃兰州730050

建立MIG堆焊过程的温度场模型,通过移动双椭球热源模型进行计算,考虑温度对材料性能参数以及工件表面散热条件的影响,并运用自适应网格技术,对模型进行数值分析,得到MIG堆焊过程的瞬态温度场和工件背面特征点的热循环曲线.并进行MIG平... 详细信息

建立MIG堆焊过程的温度场模型,通过移动双椭球热源模型进行计算,考虑温度对材料性能参数以及工件表面散热条件的影响,并运用自适应网格技术,对模型进行数值分析,得到MIG堆焊过程的瞬态温度场和工件背面特征点的热循环曲线.并进行MIG平板堆焊的实际焊接试验,利用热电偶采集对应特征点的试验数据并与模拟结果进行对比比较.结果表明:计算得到的特征点焊接热循环曲线与试验结果基本一致,所建立的MIG堆焊温度场模型是准确的,温度场有限元求解是可行的.

关键词： MIG堆焊双椭球热源温度场分析有限元