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表面张力温度系数对硅单晶生长过程计算机模拟

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铸造技术 2013年第12期34卷 1712-1714页

作者：丁九桃李秋莎北京大学北京100871 云南经济管理职业学院云南昆明650106 贵州商业高等专科学校贵州贵阳550004

采用有限元方法模拟了硅单晶Cz炉内的熔体流动及传输过程,研究了表面张力温度系数对熔体流动和氧浓度的影响。结果表明,自由表面的熔体流动随表面张力温度系数的增大而加强。常规Cz炉内结晶界面的氧浓度呈现先降低后升高的趋势,而带有... 详细信息

采用有限元方法模拟了硅单晶Cz炉内的熔体流动及传输过程,研究了表面张力温度系数对熔体流动和氧浓度的影响。结果表明,自由表面的熔体流动随表面张力温度系数的增大而加强。常规Cz炉内结晶界面的氧浓度呈现先降低后升高的趋势,而带有气体导板的Cz炉内氧浓度一直减小。

关键词：单晶硅表面张力温度系数 Cz炉

不锈钢电弧辅助活性TIG焊熔池表面张力变化机理

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材料导报 2022年第17期36卷 170-175页

作者：刘自刚樊丁黄勇刘云华周晓静朱婷婷诺力智能装备股份有限公司浙江湖州313100 兰州理工大学材料科学与工程学院兰州730050 浙江省智能物流装备工程技术研究中心浙江湖州313100

本工作针对不锈钢电弧辅助活性钨极氩弧焊,采用一套骤冷装置,保留熔池的高温状态,然后截取骤冷的表层金属并重熔,利用座滴法测试熔池的表面张力,进行了表面张力温度系数变化机理的分析,研究了活性元素对熔池表面张力的影响,同时验证了... 详细信息

本工作针对不锈钢电弧辅助活性钨极氩弧焊,采用一套骤冷装置,保留熔池的高温状态,然后截取骤冷的表层金属并重熔,利用座滴法测试熔池的表面张力,进行了表面张力温度系数变化机理的分析,研究了活性元素对熔池表面张力的影响,同时验证了表面张力温度系数改变理论。测试结果表明:当辅助电弧中不引入O_(2)时,熔池的表面张力温度系数为负值;当辅助电弧中O_(2)引入量为1.0 L/min和1.5 L/min时,熔池的表面张力温度系数为正值;当辅助电弧中O_(2)引入量达到2.0 L/min时,熔池的表面张力温度系数再次变为负值。经过分析测试骤冷熔池中的O元素分布,认为O元素在熔池表面的富集导致熔池表面张力的减小和熔池表面张力温度系数的改变。

关键词：不锈钢 AA-TIG焊表面张力表面张力温度系数

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表面张力对激光深熔焊熔池流动的影响

焊接学报 2019年第2期40卷 13-19,161页

作者：李俐群郝雨彭进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

为研究激光深熔焊中表面张力对熔池流动行为及熔池形貌的影响,获得活性剂对Q235低碳钢和304L不锈钢焊缝截面形貌的影响规律.基于有限元计算软件Fluent,计算分析了激光深熔焊时表面张力在改变熔池流动行为中的重要作用.结果表明,未添加... 详细信息

为研究激光深熔焊中表面张力对熔池流动行为及熔池形貌的影响,获得活性剂对Q235低碳钢和304L不锈钢焊缝截面形貌的影响规律.基于有限元计算软件Fluent,计算分析了激光深熔焊时表面张力在改变熔池流动行为中的重要作用.结果表明,未添加活性剂焊接时,熔池液态金属的表面张力温度系数为负,熔池表面熔融金属以匙孔为中心由内向外流动,焊缝横截面形貌宽且浅.添加活性剂焊接后,表面张力温度系数为正值,在熔池表面形成了由外向内的反向流动,形成了窄且深的焊缝形貌.随表面张力温度系数绝对值的增大,表面张力变大,流体流动速度增大.

关键词：激光深熔焊表面张力熔池流动表面张力温度系数活性剂

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考虑自由表面的定点A-TIG焊数值分析

焊接学报 2016年第1期37卷 41-45,131页

作者：盛文文樊丁黄健康黄琳兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050

根据流体力学基本原理,并用VOF方法追踪自由表面,建立了更接近实际情况的三维定点A-TIG焊熔池数学模型,综合考虑了熔池液态金属所受的浮力、电磁力、电弧压力和表面张力,同时考虑了熔池内液态金属的对流、辐射和热传导,运用FLOW-3D软件... 详细信息

根据流体力学基本原理,并用VOF方法追踪自由表面,建立了更接近实际情况的三维定点A-TIG焊熔池数学模型,综合考虑了熔池液态金属所受的浮力、电磁力、电弧压力和表面张力,同时考虑了熔池内液态金属的对流、辐射和热传导,运用FLOW-3D软件求解得到了定点A-TIG焊熔池自由表面、温度场及流场,并重点分析了有、无活性剂时熔池自由表面的变化情况.结果表明,不使用活性剂时,熔池自由表面呈中心下凹、两边凸起的形状;使用活性剂时,表面张力温度系数由负变正,使熔池自由表面呈中心凸起、两边下凹的形状;在焊接电流I≤150 A的条件下,有、无活性剂时考虑自由表面变形情况下温度场、流场及熔池形貌的数值模拟结果与试验结果和不考虑自由表面变形时现有的数值模拟结果基本一致.

关键词：熔池自由表面流场表面张力温度系数

基于移动高斯热源的激光抛光瞬态有限元三维数值模型

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激光与红外 2021年第5期51卷 575-583页

作者：贺国阳王涛河北工业大学机械工程学院天津300132

本研究模拟CO_(2)连续激光器抛光Ti6Al4V材料的工艺过程,利用可移动的高斯热源模拟激光源,建立有限元三位数值瞬态模型进行模拟实验,来模拟TC4材料表面轮廓的融化与凝固过程,该数值模型耦合了温度场与速度场,研究由于表面张力温度系数... 详细信息

本研究模拟CO_(2)连续激光器抛光Ti6Al4V材料的工艺过程,利用可移动的高斯热源模拟激光源,建立有限元三位数值瞬态模型进行模拟实验,来模拟TC4材料表面轮廓的融化与凝固过程,该数值模型耦合了温度场与速度场,研究由于表面张力温度系数而产生的表面张力对抛光熔池的影响,通过改变高斯光源的不同功率强度、扫描速度,来分析对抛光过程中形成的熔池的影响,模拟结果表明:当激光热源功率过大时,易造成熔池尺寸过大,不利于降低材料表面的粗糙度,适当降低扫描速度能有效的降低轮廓峰值的温度梯度大小,从而降低表面张力的作用大小,进而改善熔池尺寸与形状。通过实际抛光实验得出:激光的最佳扫描速度维持在20 mm/s左右,扫描速度过小或者过大都会使抛光样品的表面粗糙度值[WTBX]Ra增加,从而达不到理想抛光效果,且通过实验测试值与数值模型计算值相比较,发现两者数据大致吻合,从而证明了该数学模型的准确性。

关键词：激光抛光高斯热源熔池温度场表面张力温度系数

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基于Fluent熔池内部受力的数值分析

电焊机 2011年第9期41卷 21-24页

作者：石玗郭朝博许乐生李卫东黄健康樊丁兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点试验室甘肃兰州730050 兰州理工大学有色金属合金省部共建教育部重点试验室甘肃兰州730050

根据TIG焊熔池的实际情况,建立了定点热源作用下TIG熔池的二维轴对称数学模型。利用FLUENT软件及其UDF进行二次开发,同时考虑了相变潜热、材料热物理性参数随温度变化等问题,对熔池中的流场及温度场进行了数值模拟,分析了熔池内部所受... 详细信息

根据TIG焊熔池的实际情况,建立了定点热源作用下TIG熔池的二维轴对称数学模型。利用FLUENT软件及其UDF进行二次开发,同时考虑了相变潜热、材料热物理性参数随温度变化等问题,对熔池中的流场及温度场进行了数值模拟,分析了熔池内部所受到的浮力、Marangoni力、电磁力和电弧力等对其流场及温度场的影响规律,特别是针对Marangoni力和电磁力对熔池流动的影响情况进行了深入分析。结果表明,焊接电流和表面张力温度系数对熔池内部流动有着至关重要的影响,决定了TIG熔池的截面形貌。

关键词： TIG熔池受力分析电流表面张力温度系数

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耦合电弧AA-TIG焊接法研究

耦合电弧AA-TIG焊接法研究

作者：晏丽琴兰州理工大学

学位级别：硕士

近年来,活性TIG焊技术取得了很大的发展,但此焊接工艺仍普遍存在涂覆工序’复杂、活性剂种类及配方开发时间过长以及活性剂的引入量不易精确控制等缺点。针对这些不足,通过改变活性剂的引入方式,提出了一种新型的活性TIG焊。最近的活性... 详细信息

近年来,活性TIG焊技术取得了很大的发展,但此焊接工艺仍普遍存在涂覆工序’复杂、活性剂种类及配方开发时间过长以及活性剂的引入量不易精确控制等缺点。针对这些不足,通过改变活性剂的引入方式,提出了一种新型的活性TIG焊。最近的活性TIG焊接法研究表明,对于碳钢、不锈钢等钢材而言,氧等活性元素可改变焊接熔池表面张力温度系数是活性剂增加焊缝熔深的主要机理。本文在电弧辅助活性TIG焊,即AA-TIG焊(Arc assisted Activating TIG Welding)单把焊枪焊接的基础之上,采用了双把焊枪焊接的耦合电弧AA-TIG焊。整个焊接过程采用辅助电弧和主电弧同时焊接,两焊接电弧相互独立,工艺参数及作用各不相同。焊接时辅助电弧采用一定配比的Ar+CO2活性混合保护气体,通过焊接熔池与高温活性气氛接触在熔池表面产生一层很薄的氧化膜以取代活性剂的涂敷,同时进行主弧TIG焊。采用Ar+CO2活性混合气体保护下的电弧焊接引入活性元素氧,其焊接电流值较小,故命名为辅助电弧;由另一普通TIG焊接完成主要的焊接工作量,由于焊接电流值较高而命名为主电弧。耦合电弧是在保证较小间距下两焊接电弧相互作用而产生的一种新的电弧形式。实验中两把钨极氩弧焊枪按一定参数装配同时施焊,当钨极间距小于3mm时,两焊接电弧耦合良好,成为一个整体,焊接过程中在焊道表面也只形成一个熔池。此种焊接方法可以获得熔深显著增加的焊缝,是一种新型的适用于多种钢材的活性焊接法。本文选用SUS304奥氏体不锈钢(0Cr18Ni9)作为母材,以CO2+Ar作为辅助电弧的活性混合保护气体,研究了焊接电流、焊接速度、钨极间距、活性CO2气体的含量等主要工艺参数对耦合电弧AA-TIG焊缝熔深熔宽的影响,并得到了熔深增加明显,表面成形良好的焊缝的最佳焊接工艺规范。在最佳焊接工艺参数下,1Omm厚的母材可不开坡口一次焊透。工艺试验结果同时表明,CO2气体在辅助电弧混合保护气体中的含量对焊缝熔深的增加影响较大。在最佳焊接工艺参数下,耦合电弧AA-TIG焊缝熔深显著增加,焊缝深而窄。与普通TIG焊相比,熔深比增加1.9倍以上,同时焊缝熔深达到单弧AA-TIG焊缝熔深的1.6倍以上,焊接效率明显提高,焊缝成形好。通过金相组织观察分析了活性CO2气体对AA-TIG焊缝显微组织的影响,并通过力学性能测试分析了耦合电弧AA-TIG焊缝的拉伸性能、耐腐蚀性能、硬度以及冲击韧性的变化。通过电子探针和扫描电子显微镜分析了耦合电弧AA-TIG焊缝化学成分的变化,并同时分析了焊缝拉伸断口形貌。试验结果表明,除焊缝冲击韧性有一定下降外,耦合电弧AA-TIG焊缝各项性能以及化学成分均与耦合电弧TIG焊差别不大。为此在保证焊缝熔深增加的前提下,要严格控制CO2气体的含量,以减小氧对焊缝的不利影响。在熔深增加机理方面,首先通过对电弧形态和焊接电压的分析,研究了电弧特性对熔深增加的影响;其次,通过电子探针测试研究了氧和碳元素的含量及形态,分析了氧对表面张力的影响机理。结果再次验证了电弧收缩和电弧电压的增加不是熔深增加的主要原因,氧作为活性元素可改变不锈钢熔池表面张力温度系数是耦合电弧AA-TIG焊接熔深增加的主要机理。耦合电弧AA-TIG焊接法应用范围广,不仅可以采用多种混合气体作为活性焊接保护气体,而且可以在多种钢材中应用,可实现全自动化生产,具有高效节能等特点,是一种具有潜在开发和应用价值的新型焊接技术。

关键词： AA-TIG焊耦合电弧最佳焊接工艺规范表面张力温度系数电弧收缩

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激光辅助活性TIG焊接法研究

激光辅助活性TIG焊接法研究

作者：王磊兰州理工大学

学位级别：硕士

近年来,高效节能的新型焊接方法成为国际焊接领域研究的热门课题之一。目前对活性焊接方法的研究表明,对于碳钢、不锈钢等钢材而言,活性元素氧可改变钢材熔池表面张力温度系数,从而使熔深增加。通过改变活性元素的引入方式,本文提出一... 详细信息

近年来,高效节能的新型焊接方法成为国际焊接领域研究的热门课题之一。目前对活性焊接方法的研究表明,对于碳钢、不锈钢等钢材而言,活性元素氧可改变钢材熔池表面张力温度系数,从而使熔深增加。通过改变活性元素的引入方式,本文提出一种新的活性焊接法--激光辅助活性TIG焊,即LA-TIG焊(Laser assisted Activating TIG Welding)。该方法采用辅助激光在焊件表面制造一道很薄的氧化层取代活性剂的涂敷,然后进行TIG焊,同样可使焊缝熔深显著增加。以SUS304奥氏体不锈钢(0Cr18Ni9)和Q235低碳钢作为对象,研究了主要工艺参数对激光辅助活性TIG焊焊缝熔深和熔宽的影响,并对不锈钢熔深增加机理进行了分析。通过金相组织观察分析了氧化层对LA-TIG焊缝显微组织的影响,并通过力学性能等测试分析了LA-TIG焊缝的低温冲击韧性、抗腐蚀性能和硬度的变化。通过对焊缝进行化学成分分析,对比研究了传统TIG焊与LA-TIG焊缝化学成分的变化,从而进一步说明氧化层对LA-TIG焊焊缝性能的影响。试验结果表明,LA-TIG焊缝各项性能和化学成分与传统TIG焊很接近,可见,氧化层对焊缝组织和性能的影响不大。在熔深增加机理方面,首先通过对电弧形态和焊接电压的分析,研究了电弧收缩对熔深增加的影响,其次,通过XPS测试研究了氧化层中的氧化物对表面张力的影响机理,并通过SEM和EDS分析研究了氧在焊缝熔池中的含量分布情况。通过计算氧化层中的含氧量,确定了氧含量与焊缝熔深的关系。结果表明,电弧收缩不是熔深增加的主要原因,氧作为活性元素可改变钢材熔池表面张力温度系数是焊缝熔深增加的主要机理。同时,氧在焊缝中的含量较低,主要存在于焊缝表面,进一步说明,氧化层对焊缝性能的影响很小。LA-TIG焊所使用的活性剂中氧是以化合物的形式存在,氧对熔深的作用会受到其它元素的干扰。由于在LA-TIG焊接方法中只使用了活性元素氧,所以可以更好的研究氧对熔深的影响。并且这种焊接方法也可以应用于自动化生产中,提高焊接生产效率,对于推动活性焊接方法的应用具有重要意义。

关键词： TIG焊激光氧熔深表面张力温度系数

Fe-Al合金表面张力及膨胀系数的Monte Carlo模拟

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Fe-Al合金表面张力及膨胀系数的Monte Carlo模拟