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脉冲激光烧蚀材料等离子体反冲压力物理模型研究与应用

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物理学报 2017年第13期66卷 99-111页

作者：蔡颂陈根余周聪周枫林李光湖南工业大学机械工程学院株洲412007 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

分析了脉冲激光烧蚀材料等离子体等温膨胀阶段的物理特性,建立了脉冲激光烧蚀材料等离子体压力三维方程与动力学模型.应用所建模型,数值分析了单脉冲激光烧蚀青铜金刚石砂轮等离子体相关特性,得到等离子体的反冲压力最大值870 Pa出现在... 详细信息

分析了脉冲激光烧蚀材料等离子体等温膨胀阶段的物理特性,建立了脉冲激光烧蚀材料等离子体压力三维方程与动力学模型.应用所建模型,数值分析了单脉冲激光烧蚀青铜金刚石砂轮等离子体相关特性,得到等离子体的反冲压力最大值870 Pa出现在约25 ns后,距离砂轮表面距离约0.05 mm处.相关条件下开展脉冲激光烧蚀青铜金刚石砂轮试验,采用高速相机观测烧蚀砂轮过程中的飞溅现象;采用光栅光谱仪测量等离子体空间发射光谱,计算了等离子体电子温度、电子密度以及反冲压力.实验表明脉冲激光烧蚀青铜金刚石砂轮等离子体反冲压力可以不计,同时也验证了气体方程与动力学模型的正确性和可行性,对脉冲光纤激光烧蚀工艺优化具有启示意义.

关键词：激光烧蚀等离子体青铜金刚石砂轮反冲压力

驱动力对2219铝合金DLBSW焊接熔池行为的影响

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焊接学报 2022年第2期43卷 82-87,I0007,I0008页

作者：康悦赵艳秋李悦陈丹綦娜占小红南京航空航天大学南京210000

为了探索激光焊接熔池驱动力与焊接过程中熔池流动之间的关系,构建2219铝合金T形结构双激光束双侧同步焊接(dual laser-beam bilateral synchronous welding,DLBSW)过程热-流耦合模型.分析表面张力、反冲压力、重力及热浮力对熔池流动... 详细信息

为了探索激光焊接熔池驱动力与焊接过程中熔池流动之间的关系,构建2219铝合金T形结构双激光束双侧同步焊接(dual laser-beam bilateral synchronous welding,DLBSW)过程热-流耦合模型.分析表面张力、反冲压力、重力及热浮力对熔池流动的驱动作用,并阐述这些驱动力共同作用下的熔池流动机理.结果表明,熔池表面的流体,其主要受到表面张力的驱动作用;对于熔池下端左侧及后方形成的环流,其主要受到表面张力、热浮力及重力的共同驱动作用;匙孔下方熔池底部在重力及热浮力的共同作用下沿熔池边缘流动.

关键词：双激光束双侧同步焊接表面张力反冲压力重力热浮力

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电子束扫描横焊薄铌板的熔池动力学行为

焊接学报 2020年第2期41卷 68-74,I0008,I0009页

作者：房玉超杨子酉丁睿董书雷何景山哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001

在电子束焊接过程中,金属液体蒸发的反冲压力、表面张力、重力等驱动力共同作用于熔池,对焊缝成形有显著影响.在扫描横焊的情况下,电子束作用范围的扫描摆动和重力方向的旋转使熔池的动力学行为变得更复杂.采用试验和数值计算方法对电... 详细信息

在电子束焊接过程中,金属液体蒸发的反冲压力、表面张力、重力等驱动力共同作用于熔池,对焊缝成形有显著影响.在扫描横焊的情况下,电子束作用范围的扫描摆动和重力方向的旋转使熔池的动力学行为变得更复杂.采用试验和数值计算方法对电子束扫描横焊薄铌板的熔池形态和凝固后熔合区形貌进行研究,数值模拟得到的熔池形态和熔合区形状与试验结果吻合.熔池流场分析结果表明,半熔透熔池的驱动力主要为液态金属蒸发引发的反冲压力;全熔透熔池的上表面Marangoni流动占主导,表面张力与反冲压力共同作为熔池流动的驱动力;重力与焊接扫描共同作用使得熔池两侧的质量分布和流场分布不对称,造成了焊缝两侧熔合线的不对称.

关键词：电子束扫描焊横焊反冲压力熔池动力学铌

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电子束焊熔池温度场及小孔演变的数值模拟

焊接学报 2017年第6期38卷 87-90页

作者：王佳杰矫勇于久灏王国星许建平黑龙江工程学院材料与化学工程学院哈尔滨150050 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨电机厂有限责任公司哈尔滨150040

针对2024铝合金电子束定点焊物理输运特点,在质量守恒、动量守恒、能量守恒以及VOF方程的基础上,建立了电子束深熔焊三维数学模型,系统描述了加热阶段以及冷却回填阶段点焊熔池的温度场以及小孔的演变过程,并通过焊缝形貌对比对计算结... 详细信息

针对2024铝合金电子束定点焊物理输运特点,在质量守恒、动量守恒、能量守恒以及VOF方程的基础上,建立了电子束深熔焊三维数学模型,系统描述了加热阶段以及冷却回填阶段点焊熔池的温度场以及小孔的演变过程,并通过焊缝形貌对比对计算结果进行了试验验证.结果表明,蒸汽反冲压力是小孔形成和加深的主要驱动力;在小孔出现以后,加热阶段的熔池最高温度区间位于瞬态小孔的底部,而当熔池冷却时冷却速度由上至下逐渐增加,并导致了焊缝微观组织的晶粒细化.

关键词：电子束定点焊温度场小孔反冲压力

2219铝合金电子束焊接匙孔演变过程的数值模拟

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焊接学报 2016年第4期37卷 115-118,134页

作者：刘成财刘铖丹刘巍巍何景山哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001

文中主要借助Fluent软件,基于有限体积离散方法建立了2219铝合金电子束点焊熔池传热、流动和匙孔演变的二维耦合数学模型.在模型中,考虑了表面张力、Marangoni剪切力、流体静压力、金属蒸气反冲压力的作用,并采用VOF(volume of fluid)... 详细信息

文中主要借助Fluent软件,基于有限体积离散方法建立了2219铝合金电子束点焊熔池传热、流动和匙孔演变的二维耦合数学模型.在模型中,考虑了表面张力、Marangoni剪切力、流体静压力、金属蒸气反冲压力的作用,并采用VOF(volume of fluid)方法跟踪了匙孔的形成与演变过程.结果表明,反冲压力钻取和涡旋输运的综合作用是匙孔加深的根本原因;沿深度方向热源功率密度的降低会导致前者钻取速度的减小.铝合金的点焊工艺试验表明,数值计算结果与实际吻合较好.

关键词：匙孔演变电子束点焊表面张力反冲压力

脉冲激光作用Al_(2)O_(3)的表面形貌演变过程

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材料科学与工艺 2023年第6期31卷 51-62页

作者：王超周后明赵振宇曾俊勇周展望湘潭大学机械工程与力学学院湖南湘潭411105 深圳信息职业技术学院中德机器人学院广东深圳518029 深圳大学机电与控制工程学院广东深圳518060

激光表面加工是一种能够有效降低陶瓷材料表面粗糙度的方法,为了研究脉冲激光与陶瓷材料作用后表面形貌演变过程及激光工艺参数对表面粗糙度的影响,本文通过有限元法建立了瞬态二维轴对称数值模型,研究了单脉冲、多脉冲激光作用于氧化... 详细信息

激光表面加工是一种能够有效降低陶瓷材料表面粗糙度的方法,为了研究脉冲激光与陶瓷材料作用后表面形貌演变过程及激光工艺参数对表面粗糙度的影响,本文通过有限元法建立了瞬态二维轴对称数值模型,研究了单脉冲、多脉冲激光作用于氧化陶瓷表面形貌的演变过程及激光工艺参数对表面粗糙度的影响。结果表明:单脉冲激光对材料表面具有显著的平滑效果;多脉冲激光加工在脉冲2~3次时具有最好的平滑效果,继续增加脉冲数量,熔池内的表面轮廓开始向下凹陷,表面平滑效果减弱;采用不同工艺参数加工时,过大的频率、脉宽、激光功率都会导致材料表面粗糙度增加。当表面温度处于熔化温度与蒸发温度之间,熔池内流体以毛细力为主要驱动力,促使表面逐渐平滑;当表面温度超过蒸发温度时,熔池内流体受反冲压力挤压,促使表面粗糙。实验与模拟结果对比表明,该模型具有较高的准确性。

关键词：氧化铝陶瓷数值模拟毛细力热毛细力反冲压力

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脉冲次数对毫秒激光作用下织构形貌的影响

激光与光电子学进展 2021年第17期58卷 309-316页

作者：陈诚华希俊朱东坡许晟解玄江苏大学机械工程学院江苏镇江212013 江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013

为了探究多脉冲在毫秒激光作用下织构形貌的演变规律,本文建立一个二维对称模型,考虑反冲压力、表面张力和蒸发速度对熔池变化的影响,用来分析形貌演变的规律并对其进行实验验证。研究结果表明,在反冲压力的作用下,凹坑深度和凹坑直径... 详细信息

为了探究多脉冲在毫秒激光作用下织构形貌的演变规律,本文建立一个二维对称模型,考虑反冲压力、表面张力和蒸发速度对熔池变化的影响,用来分析形貌演变的规律并对其进行实验验证。研究结果表明,在反冲压力的作用下,凹坑深度和凹坑直径随着脉冲次数的增加而增大;熔池中心凸起和边缘凸起的形成与热毛细力和拉普拉斯压力有关,并且随着脉冲次数的增加,熔池中心的凸起高度减小;熔池边缘处,在热毛细力的影响下熔质向中心流动,并且随着脉冲次数的增加,边缘凸起的高度减小。

关键词：激光光学激光技术形貌演变熔池流动蒸发速度反冲压力

脉冲激光作用下45#钢表面微凸起形貌演变规律的研究

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激光与光电子学进展 2016年第3期53卷 148-157页

作者：叶云霞贾子扬符昊符永宏江苏大学机械工程学院江苏镇江212013 江苏大学激光技术研究所江苏镇江212013

以45#钢为研究对象,采用波长1064 nm的脉冲激光在45#钢表面进行微凸起造型,利用扫描电子显微镜和三维形貌仪表征形貌。试验得到球冠状、墨西哥帽状和M状形貌三种典型微凸起形貌。结合温度场以及气化反冲压力数值估算,系统研究了激光脉... 详细信息

以45#钢为研究对象,采用波长1064 nm的脉冲激光在45#钢表面进行微凸起造型,利用扫描电子显微镜和三维形貌仪表征形貌。试验得到球冠状、墨西哥帽状和M状形貌三种典型微凸起形貌。结合温度场以及气化反冲压力数值估算,系统研究了激光脉宽和峰值功率密度对微凸起形貌的影响规律,提出了一种火山口形貌形成的新机理。结果表明:微凸起形貌是激光与材料作用过程中热、力耦合作用的结果。中心凸起形貌由熔池内对流形成,峰值功率密度低,脉宽短,形成球冠状形貌。峰值功率密度越高、脉宽越大,所得中心凸台越高越细,演变为墨西哥帽状。当熔池中心温度超过材料沸点,材料气化形成的反冲压力,在熔池中心凸起顶端反压出凹陷,形成M状形貌。该结论有助于控制脉冲激光毛化制造微凸起的微观形貌。

关键词：激光技术激光微造型工艺试验对流温度场反冲压力

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陶瓷微滤膜处理含油污水的反冲洗研究

中国陶瓷 2008年第7期44卷 12-14页

作者：周健儿潘锦添汪永清包启富胡学兵江西省高等学校无机膜重点实验室景德镇陶瓷学院景德镇333000

反冲洗是膜法处理含油污水过程中有效且稳定的膜污染控制技术。在以α-Al2O3微滤膜管错流过滤含油污水工艺过程中,研究反冲压力、反冲持续时间和反冲周期对膜渗透通量的影响。结果表明,稳定恢复通量与反冲压力成正比,并且在反冲压力0.7M... 详细信息

反冲洗是膜法处理含油污水过程中有效且稳定的膜污染控制技术。在以α-Al2O3微滤膜管错流过滤含油污水工艺过程中,研究反冲压力、反冲持续时间和反冲周期对膜渗透通量的影响。结果表明,稳定恢复通量与反冲压力成正比,并且在反冲压力0.7MPa,反冲时间5s,反冲周期20min下,膜平均稳定通量较未反冲时提高15.68%,达到良好的反冲效果。

关键词：陶瓷微滤膜反冲压力稳定恢复通量