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引入经典光学理论计算激光束与粉末流的相互作用,藉此研究了送粉速率对工件表面激光强度分布和不同位置颗粒温度的影响.计算结果表明:随送粉速率的增加,激光强度以及颗粒温度的最高值都显著降低;同时,激光强度分布和不同位置颗粒温度趋于均匀.由于对激光熔池中动力学过程的潜在影响,这些结果应在描述激光熔覆过程的数学模型中加以考虑.

关键词: 送粉激光熔覆 , 激光束 , 粉料流 , 相互作用

送粉激光熔覆过程中熔覆轨迹及流场与温度场的数值模拟

黄延禄 , 邹德宁 , 梁工英 , 苏俊义

稀有金属材料与工程

提出了一种送粉激光熔覆中熔覆层表面形状及厚度的计算模型.将熔覆过程中固相区、两相区和液相区作为一连续介质,用非稳态固液相变统一模型来描述其流场与温度场,并采用固定网格移动坐标来处理带移动热源的流动与传热问题.能量方程用显焓表示,有关潜热的非稳态项与对流项均做为其源项处理.用 Lambert- Beer定理和米氏理论计算粉末流与激光光束的相互作用,使模拟适用于送粉浓度较大的情形.数值模拟程序是在流体动力学软件 PHOENICS基础上,通过添加源项、边界条件、熔覆层轨迹计算以及激光束和粉末流相互作用等相应模块实现.对钢基底上熔覆钴基合金 Stellite 6进行模拟所得到的计算结果与实验结果基本一致.

关键词: 送粉 , 激光熔覆 , 数值模拟 , 熔覆轨迹 , 温度场

激光束作用下 Al-Ti-C活化粉料中的化学反应

黄延禄 , 马乃恒 , 邹德宁 , 梁工英 , 苏俊义

稀有金属材料与工程

在激光扫描涂覆Al-Ti-C活化粉料层的铝合金试样过程中,突然停止激光发射,以在激光束前面形成合成反应过程中不同阶段所产生的组织,判断所发生的化学反应,即先发生3Al+Ti→Al3Ti反应,形成块状Al3Ti;以后再发生Al3Ti+C→TiC+3Al反应,形成大量TiC颗粒.将实验与数值模拟相结合,采用试错法求得:3Al+Ti→Al3Ti的反应温度为650℃,Al3Ti+C→TiC+3Al的反应温度为810℃.

关键词: 激光熔覆 , TiCp/Al复合材料 , 原位反应 , 反应温度

激光熔覆反应合成TiCP/Al复合材料过程的模拟研究

邹德宁 , 黄延禄 , 梁工英 , 苏俊义

稀有金属材料与工程

针对激光熔覆反应过程中的熔化和凝固问题,采用对流/扩散单相统一控制方程组,统一处理固相、固液两相和液相中的传热和流动问题;对运动引起的动量传输和能量传输,采用源项法分别在动量方程和能量方程中加以处理;在商用软件PHOEMCS基础上增添相应模块,开发了激光熔覆三维瞬态温度场数值模拟软件.并以ZL104合金激光熔覆原位合成TiCP/Al复合材料的工艺为实例,进行数值模拟,模拟结果与实验结果基本一致.

关键词: 激光熔覆 , 原位合成 , 数值模拟 , 温度场 , TiCP/Al复合材料

移动热源条件下熔池内流体流动和传热问题的数值研究

邹德宁 , 雷永平 , 黄延禄 , 苏俊义

金属学报 doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2000.04.011

对有移动热源的表面重熔问题,在固定坐标系内,采用固定网格、焓-孔隙度法处理相变,并将移动热源引起的能量、动量方程的变化作为附加源项构建控制方程组,使用控制容积积分法对其进行求解,数值模拟了激光扫描条件下熔池内传热、相变及流体流动的情况;利用所开发的软件对同一扫描速度、不同激光输入功率条件下不锈钢材料熔化与凝固过程中温度场、速度场进行了比较与分析.

关键词: 表面重熔 , 移动热源 , 相变 , 传热 , 流体流动

Airslip结晶器内凝固壳形成特性分析

于赟 , 黄延禄 , 李建国

稀有金属材料与工程

根据Airslip结晶器的传热特性,建立了凝固壳厚度和临界凝固壳厚度的数学模型.理论分析和实验结果表明,凝固壳厚度与铸造速度的乘积为常数,铸造速度增大,凝固壳厚度减小,铸锭表面质量提高;铸造速度的波动引起凝固壳厚度的波动,降低了铸锭的表面质量;铸锭直径和铸造速度的乘积也为常数,铸锭直径增大,铸造速度相应减小.

关键词: 铝合金 , 连续铸造 , Airslip结晶器 , 传热分析