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开放条件下气流对激光重熔过程中氧化行为的影响

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中国表面工程 2019年第1期32卷 108-116页

作者：叶正挺方铮杨高林张群莉 volodymyr kovalenko 姚建华浙江工业大学激光先进制造研究院杭州310014 浙江省高端激光制造装备协同创新中心杭州310014 乌克兰国立科技大学激光技术研究所

在激光加工过程中,保护气和载粉气对熔池氧含量有很重要的影响,为了减少在开放条件下激光加工过程中产生的氧化,需要研究保护气和载粉气工艺参数对激光加工过程中氧化行为的影响。以激光重熔45钢为例,通过测定熔池上方气氛以及重熔后基... 详细信息

在激光加工过程中,保护气和载粉气对熔池氧含量有很重要的影响,为了减少在开放条件下激光加工过程中产生的氧化,需要研究保护气和载粉气工艺参数对激光加工过程中氧化行为的影响。以激光重熔45钢为例,通过测定熔池上方气氛以及重熔后基材表层的氧含量,对比研究了不同保护气流量、载粉气流量和离焦量对激光重熔过程中氧化行为的影响。结果表明:气流量较低时,气流卷吸周围空气,载粉气流量、保护气流量以及离焦量升高会加剧激光重熔时的氧化。当载粉气流量超过84 L/min时,大量氩气对周围空气进行了稀释,熔池上方气氛中的氧含量会有所降低。但是保护气流量过高会加剧熔池飞溅。降低熔池上方气氛中氧含量的气流量工艺参数为:保护气流量8.5 L/min,载粉气流量6.5 L/min。

关键词：激光重熔保护气载粉气离焦量氧化

Porous ceramic coating formed on 316L by laser cladding combined plasma electrolytic oxidation for biomedical application

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2022年第9期32卷 2993-3004页

作者： Guo-long WU Shuo ZHANG Ye WANG Min SUN Qun-li ZHANG volodymyr kovalenko Jian-hua YAO College of Mechanical Engineering Zhejiang University of TechnologyHangzhou 310014China Institute of Laser Advanced Manufacturing Zhejiang University of TechnologyHangzhou 310014China Collaborative Innovation Center of High-end Laser Manufacturing Equipment Zhejiang University of TechnologyHangzhou 310014China Laser Technology Research Institute National Technical University of Ukraine“Kiev Polytechnic Institute”Kiev03056Ukraine

In order to improve the bioactivity of 316L stainless steel,a titanium layer was prepared on the surface of 316L by laser cladding(LC),followed by plasma electrolytic oxidation(PEO)to form a porous ceramic coating on titanium *** morphologies,microstructure and compositions of the coated samples were characterized by 3D surface profiler,SEM,EDS,XRD and *** corrosion resistance and bioactivity of the coatings were evaluated by potentiodynamic polarization and immersion test in simulated body fluid(SBF),*** results showed that the porous ceramic coating mainly consisted of anatase and rutile,and highly crystalline HA was also *** main elements of the PEO coating are Ca,P,Ti and *** LC+PEO composite bio-coating has more excellent corrosion resistance than the 316L substrate in simulated body ***,the composite coating could effectively improve the bioactivity of 316L stainless steel.

关键词： 316L stainless steel laser cladding titanium plasma electrolytic oxidation bioactivity

超音速激光沉积Ti-6Al-4V合金结合界面特征数值模拟及试验验证

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表面技术 2020年第8期49卷 324-332页

作者：汪伟林吴丽娟李波 volodymyr kovalenko 张群莉姚建华浙江工业大学激光先进制造研究院杭州310023 浙江工业大学机械工程学院杭州310023 乌克兰国立科技大学激光技术研究所乌克兰基辅03056

目的探究超音速激光沉积(SLD)过程中激光辐照温度和颗粒撞击速度对Ti-6Al-4V合金结合界面特征的影响规律,并通过试验对数值模拟结果进行验证。方法基于Johnson-cook材料模型,利用ABAQUS 2017软件并采用欧拉-拉格朗日耦合CEL(Coupled Eul... 详细信息

目的探究超音速激光沉积(SLD)过程中激光辐照温度和颗粒撞击速度对Ti-6Al-4V合金结合界面特征的影响规律,并通过试验对数值模拟结果进行验证。方法基于Johnson-cook材料模型,利用ABAQUS 2017软件并采用欧拉-拉格朗日耦合CEL(Coupled Euler-Lagrange)计算模型和Lagrange计算模型,进行Ti-6Al-4V单颗粒和多颗粒的撞击行为数值模拟,并结合超音速激光沉积试验验证模拟结果。采用扫描电镜(SEM)和光镜(OM)对涂层的界面结合特征进行观察和分析。结果单颗粒撞击温度场模拟结果表明,当激光辐照温度为1073 K时,随着撞击速度的增加,颗粒界面结合温度不断升高。当撞击速度为800 m/s和900 m/s时,颗粒与基体局部最高温度分别为1876.7 K和1874.8 K,界面发生微熔。800 m/s时,颗粒压缩率为34.3%,扁平率为1.27,有效塑性应变为2.6,基体的凹坑深度为7.88μm,该参数下的超音速激光沉积涂层界面结合良好。多颗粒撞击温度场模拟结果表明,当撞击速度为800 m/s时,随着激光辐照温度的升高,孔隙逐渐减少。激光辐照温度为1073 K时,颗粒撞击界面的温度高达3463.7 K,但颗粒内部的温度还未达到熔点并保留在1073~1676.8 K。随着激光功率的升高,钛合金涂层的孔隙率降低为0.67%(SLD 700W),约为同条件下CS涂层孔隙率(8.31%)的1/12。结论激光辐照的热能使颗粒与基体以及颗粒间界面处的温度达到了材料熔点,实现颗粒表面微熔形成冶金结合。冷喷涂Ti-6Al-4V涂层中,颗粒与基体以及颗粒间均存在明显的孔隙,超音速激光沉积Ti-6Al-4V涂层颗粒与基体以及颗粒间的界面结合良好,试验结果与数值模拟结果大致吻合。

关键词：超音速激光沉积 Ti-6Al-4V CEL 微熔界面结合

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定向洛伦兹力对激光熔覆熔池排气的影响

中国激光 2018年第8期45卷 56-65页

作者：胡勇王梁李珏辉张群莉姚建华 volodymyr kovalenko 浙江工业大学激光先进制造研究院浙江杭州310014 浙江省高端激光制造装备协同创新中心浙江杭州310014 乌克兰国立科技大学激光技术研究所乌克兰基辅03056

采用稳态磁场和电场耦合形成定向洛伦兹力,基于多物理场耦合原理及网格变形法建立了定向洛伦兹力作用下的熔池模型,采用离散元法模拟了熔池内的气泡运动过程。与熔覆工艺条件相同但未施加外场时比较,结果显示,定向洛伦兹力具有优异的气... 详细信息

采用稳态磁场和电场耦合形成定向洛伦兹力,基于多物理场耦合原理及网格变形法建立了定向洛伦兹力作用下的熔池模型,采用离散元法模拟了熔池内的气泡运动过程。与熔覆工艺条件相同但未施加外场时比较,结果显示,定向洛伦兹力具有优异的气孔调控能力。当洛伦兹力向上时,熔池的最高流速被抑制了62.5%,气泡运动方向向下偏转,熔覆层的气孔明显增多;当洛伦兹力向下时,熔池的最高流速被抑制了25%,但气泡因所受浮力增大而逸出加速,熔覆层无气孔。仿真结果与实验结果吻合良好,验证了仿真模型的可靠性。

关键词：激光技术激光熔覆熔池气孔定向洛伦兹力多物理场

半导体直接输出激光加工系统开发与温度控制策略研究

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应用激光 2015年第1期35卷 115-123页

作者：徐元飞胡晓冬姚建华 volodymyr kovalenko 浙江工业大学激光加工技术工程研究中心浙江杭州310014 浙江省高端激光制造装备协同创新中心浙江杭州310014 乌克兰国立科技大学激光技术研究所基辅03056

针对大功率半导体直接输出激光加工系统的应用,本文搭建了由大功率半导体激光器、工控机、机械手运动系统、测温仪和WAGO通讯模块等组成的激光加工系统的硬件平台,提出了大功率半导体激光直接输出加工过程中激光加工温度的控制方法,设... 详细信息

针对大功率半导体直接输出激光加工系统的应用,本文搭建了由大功率半导体激光器、工控机、机械手运动系统、测温仪和WAGO通讯模块等组成的激光加工系统的硬件平台,提出了大功率半导体激光直接输出加工过程中激光加工温度的控制方法,设计了基于Lab Windows/CVI交互式软件开发环境的PID和模糊控制算法,并且通过现场实验对两种控制算法的各个参数进行了精确整定。整定后的PID和模糊的温度控制效果良好,PID控制的温度峰值时间只有0.45s,最大超调量为3.28%,稳态均方根误差为1.01℃;模糊控制的温度峰值时间为0.93s,最大超调量为1.5%,稳态均方根误差为2.22℃。为了对比两种控制策略的实际控制效果,以设定温度为1 250℃,启动功率为500 W,45#钢基体为实验条件,分别对整定后的PID控制和模糊控制以不同的扫描速度进行激光相变硬化实验,实验发现随着扫描速度的增加,PID控制与模糊控制的稳定性都有所降低,但是在相同扫描速度下,模糊控制的超调量较小,温度控制更稳定。因此模糊控制策略更适合于本控制系统,最终本系统采用模糊控制作为激光加工的温度控制策略。

关键词：半导体激光器 PID控制模糊控制

基于改进BP神经网络算法的激光相变硬化层深度的研究

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应用激光 2017年第1期37卷 72-78页

作者：易金鑫胡晓冬姚建华黄利安 kovalenko volodymyr 浙江工业大学激光先进制造研究院浙江杭州310014 浙江省高端激光制造装备协同创新中心浙江杭州310014 乌克兰国立科技大学激光技术研究所乌克兰基辅03056

采用实验与神经网络预测相结合的方法,对基于温度控制的激光相变硬化工艺参数进行了研究。首先,使用基于温度可控的大功率半导体直接输出激光加工系统对45~#钢进行设定温度下的激光相变硬化实验。然后,通过改进的BP神经网络算法构建神... 详细信息

采用实验与神经网络预测相结合的方法,对基于温度控制的激光相变硬化工艺参数进行了研究。首先,使用基于温度可控的大功率半导体直接输出激光加工系统对45~#钢进行设定温度下的激光相变硬化实验。然后,通过改进的BP神经网络算法构建神经网络模型,并采用所获得的实验样本数据训练该人工神经网络模型。模型中所采用的改进BP神经网络算法是遗传算法和基于新型误差函数的批量训练神经网络算法相结合的混合算法。为验证改进算法的性能,在Lab Windows/CVI软件上应用C编程语言实现了该算法。通过运行程序发现,采用此算法的收敛速度比传统算法提高了约80%,预测输出的指标与实际值之间的偏差小于4%。

关键词：相变硬化工艺参数人工神经网络遗传算法

用于激光再制造的沸腾式送粉器仿真与控制优化

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应用激光 2013年第1期33卷 24-29页

作者：胡晓冬马磊姚建华陈智君 volodymyr kovalenko 特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室(浙江工业大学) 浙江杭州310014 浙江工业大学激光加工技术工程研究中心浙江杭州310014 乌克兰国立科技大学激光技术研究所基辅03056

设计了一种用于激光再制造的沸腾式送粉器,并基于PICF877A单片机开发了送粉器控制系统。为探索送粉器输送规律,以Fluent软件为工具,通过变化沸腾气流量值、送粉气流量值等参数,探讨气体输送流量大小、输送策略等对粉末输送特性的影响。... 详细信息

设计了一种用于激光再制造的沸腾式送粉器,并基于PICF877A单片机开发了送粉器控制系统。为探索送粉器输送规律,以Fluent软件为工具,通过变化沸腾气流量值、送粉气流量值等参数,探讨气体输送流量大小、输送策略等对粉末输送特性的影响。在仿真研究的基础上,建立控制系统的控制策略,并以所开发的控制系统为实验平台对控制规律进行实验验证。实验结果证明:该系统控制精度高、稳定性好,能够满足再制造系统的需要。

关键词：激光再制造沸腾式送粉器数值模拟控制系统

Changes in filtration and capacitance properties of highly porous reservoir in underground gas storage:CT-based and geomechanical modeling

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Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2024年第8期16卷 2982-2995页

作者： Valerii Khimulia Vladimir Karev Yury kovalenko Svyatoslav Barkov Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics RAS Moscow119526Russia

The paper presents the results of comprehensive studies of filtration and capacitance properties of highly porous reservoir rocks of the aquifer of an underground gas storage *** geomechanical part of the research included studying the dependence of rock permeability on the stress-strain state in the vicinity of the wells,and physical modeling of the implementation of the method of increasing the permeability of the wellbore zone-the method of directional unloading of the *** digital part of the research included computed tomography(CT)-based computer analysis of the internal structure,pore space characteristics,and filtration properties before and after the *** to the results of physical modeling of deformation and filtration processes,it is found that the permeability of rocks before fracture depends on the stress-strain state insignificantly,and this influence is ***,when downhole pressure reaches 7-8 MPa,macrocracks in the rock begin to grow,accompanied by irreversible permeability ***,geodesic tortuosity and permeability values were obtained based on digital studies and numerical modeling.A weak degree of transversal anisotropy of the filtration properties of rocks was *** on the analysis of pore size distribution,pressure field and flow velocities,high homogeneity and connectivity of the rock pore space is *** absence of pronounced changes in pore space characteristics and pore permeability after non-uniform triaxial loading rocks was *** the basis of geometrical analysis of pore space,the reasons for weak permeability anisotropy were *** filtration-capacitance properties obtained from the digital analysis showed very good agreement with the results of field and laboratory *** physical modeling has confirmed the efficiency of application of the directional unloading method for the reservoir under *** necessary parameters of its application were calcu

关键词： Permeability anisotropy Reservoir porosity Rocks computed tomography(CT) Digital core analysis Filtration flow numerical modeling

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热障涂层后处理技术研究进展

材料研究与应用 2022年第1期16卷 48-56页

作者：李灿锋张盼盼姚建华张群莉 volodymyr kovalenko 浙江工业大学激光先进制造研究院浙江杭州310023 浙江工业大学高端激光制造装备省部共建协同创新中心浙江杭州310023 浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310023 乌克兰国立科技大学激光技术研究所基辅03056

热障涂层是一种降低航空发动机热端部件表面温度、提高发动机推力和效率的热防护技术,但其服役于高温、高压、高交变应力等恶劣环境而易脱落失效.对热障涂层的后处理技术进行了阐述,论述了真空热处理、热等静压处理、激光重熔、激光上... 详细信息

热障涂层是一种降低航空发动机热端部件表面温度、提高发动机推力和效率的热防护技术,但其服役于高温、高压、高交变应力等恶劣环境而易脱落失效.对热障涂层的后处理技术进行了阐述,论述了真空热处理、热等静压处理、激光重熔、激光上釉、激光熔覆等后处理技术的方法和原理,并对比了不同工艺的优缺点.最后,展望了激光表面改性技术的应用前景和未来发展趋势.

关键词：热障涂层涂层后处理真空热处理激光重熔激光表面改性技术

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