一、用于激光熔覆的同轴送粉喷嘴的设计及研究（论文文献综述）
尹千千[1]（2021）在《激光熔覆四通道同轴送粉喷嘴外流场仿真与实验研究》文中进行了进一步梳理激光熔覆工艺复杂,影响熔覆层形貌组织的因素多样,气体和粉末在输送过程中的流动特性通过影响粉末流的汇聚特性从而间接影响熔覆层形貌。为了获得激光熔覆外流场汇聚特性的最佳工艺参数,对喷嘴外流场的速度场、浓度场、汇聚特性及熔覆层进行了深入研究。本文以实验室四通道同轴送粉喷嘴为研究模型,基于气固两相流理论,利用FLUENT软件建立了粉末颗粒在喷嘴内外的流动模型,并对软件中颗粒的弹性恢复系数进行了优化。在优化后的弹性恢复系数条件下,对激光熔覆过程中不同工艺参数下气粉流流动进行了数值模拟分析。再经具体实验时高速相机拍摄观察与熔覆层形貌的比较,并结合不同工艺参数下的粉末利用率的研究来验证模型的准确性。模拟发现,载气流量及送粉量一定时,在其它系统设定参数不变的情况下,弹性恢复系数在0.9-0.99间增大时,粉末流速度略微增大,气流速度变化不明显;焦点位置浓度及焦距减小;焦点尺寸增大。当弹性恢复系数低于0.9时,FLUENT残差曲线收敛性较差,即仿真结果与实际偏差较大。当弹性恢复系数为0.91时,模拟的效果最好。在此条件下对外流场不同工艺参数的影响进行了模拟分析,使模拟结果更加准确。通过对不同送粉量的模拟得知,送粉量越大,汇聚点的粉末流速和浓度越高,但焦距保持在0.015m。当送粉量为15g/min时,粉末具有良好的汇聚性。当送粉量超过15g/min时,汇聚斑点直径增加。使用四通道同轴送粉喷嘴进行了粉末汇聚特性和单道激光熔覆实验,结果发现当送粉量为15g/min时达到最佳熔覆效果。通过对不同载气流量的模拟得知,载气流量越大,气流速度越大,同时,汇聚点的浓度较低,汇聚点焦距保持在0.015 m。在4 L/min的条件下,粉末流收敛性较好。当其超过4L/min时,粉末流汇聚点直径增加。利用实验室四通道同轴送粉喷嘴完成了粉末汇聚特性及单道激光熔覆实验,结果发现,在4 L/min的条件下,熔覆效果是最好的。通过不同工艺参数下单道激光熔覆的粉末利用率的探究发现,仿真模拟优化的参数4L/min、15g/min粉末利用率最高,达到73.3%-75.1%,经过多道搭接熔覆并计算粉末利用率为74.6%-75.2%,证明模拟优化后的参数的可行性,对实验工艺研究具有重要的参考意义。
杨权[2]（2020）在《燃气轮机涡轮盘的激光熔覆修复研究》文中认为燃气轮机作为火车、轮船、飞机等大型机械的动力来源,它的维修和保养不仅能保证机械运作的安全,还能节约经济成本,目前在国内,很少有针对基材为Inconel625的燃气轮涡轮盘的激光熔覆修复工艺,本文从工程应用的角度,针对基材为Inconel625的燃气轮机涡轮盘,从激光熔覆头的设计到对燃气轮机涡轮盘的修复工艺研究,以及实际工程的应用提出了一整套适用于工业生产的激光熔覆修复工艺。主要研究内容如下:（1）自主设计的激光熔覆同轴送粉喷嘴头,由于市面上的激光熔覆头,其送粉装置类型较多,并且由于市面上的一些熔覆头的光斑直径、激光焦距以及激光焦点的位置等参数无法与本实验需求的粉末焦距和粉末焦点的位置等参数相互匹配,无法针对性的对基材为Inconel625的燃气轮机涡轮盘进行激光熔覆修复,故需自行重新对激光熔覆头的外部附加装置与光路进行设计,以满足对该材料的燃气轮机涡轮盘的熔覆修复。（2）在实际工业应用中,对缺陷进行修复时,熔覆层的高度与宽度能直接反应熔覆层的表面形貌尺寸,以此判定是否符合工业生产的要求,本文通过激光能量密度对熔覆层的高度与宽度的影响进行了分析,实验结果表明:随着激光能量密度的增大,即激光功率的增大,熔覆层的高度也随之逐渐增大,但是整体变化不大,是因为一方面送粉速率是一定的,粉末量不会增加,另一方面,由于能量密度的增大,热输入多,使得基材融化量增大,从而使熔覆层高度增加;熔覆层宽度随着激光能量密度的增加而增大;同理,由于基体的热输入是逐渐增加的,基体的熔化量亦逐渐变大,从而使熔覆层宽度增加。当激光能量密度范围为8.49k J/cm2～10.62k J/cm2即激光功率为600W～750W时,熔覆层表面形貌尺寸最佳,符合工业生产的要求。（3）稀释率能表明熔覆层与基体的冶金结合程度,结合程度的大小能表明激光熔覆修复对熔覆层组织性能的影响,这将直接影响修复后的燃气轮机涡轮盘继续使用的寿命,本文通过激光能量密度对稀释率的影响进行了分析,实验表明:随着激光能量密度的增大,稀释率是呈增大趋势,但是稀释率过大,可能会导致熔覆层出现气孔,裂纹等缺陷的几率变大;稀释率过小则会导致基体与熔覆层的冶金结合程度不够,本实验在能量密度为8.49k J/cm2～10.62 k J/cm2,即激光功率为600W～750W时稀释率最佳,此时熔覆层质量最好,符合工业生产的要求。（4）在满足工艺要求后,需要应用到实际的工业生产中,本文从实际应用出发,从待修复的燃气轮机涡轮盘到修复完成,有一整套的操作顺序与操作方法:首先对待修复的燃气轮机涡轮盘进行探伤处理,然后对待修复的燃气轮机涡轮盘进行显像处理发现缺陷,接着对缺陷处进行打磨,最后装夹在变位机上,根据缺陷的形状大小编写熔覆路径程序并对缺陷处进行修复,实现修复工艺的自动化,提高修复效率,最后对熔覆层进行金相检测,以检验工程应用的效果,是否能应用到工业修复生产线上。
郭昊[3]（2020）在《激光增材再制造喷嘴粉流集聚性规律分析》文中提出激光增材再制造技术作为近些年新兴起的一项技术已被各领域广泛关注及应用,其气粉流流场特性是影响零件成形质量和成形效率的重要因素。本文以气固两相流理论为研究基础,结合EDEM-FLUENT软件进行耦合仿真,探究多种因素对激光增材再制造同轴送粉粉流场集聚性的影响规律。通过引入焦点位置、焦点直径、径向粉流分布浓度、轴向粉流分布浓度、单位距离粉流体积浓度、焦点中心位置偏移量、有效加工范围内颗粒数量等衡量指标对不同条件下激光增材再制造同轴送粉粉流场进行数值模拟分析。同时通过相同送粉工艺参数进行实验验证,计算误差率保证在25%以下,说明采用DEM-CFD耦合方法模拟喷嘴粉流流场具有较高的准确性和一定的指导作用。通过DEM-CFD耦合方法研究喷嘴位姿对粉流场集聚性影响规律。结果表明,随着喷嘴与基体距离的增大,气流场形成紊流现象明显减小,反射进入中心光路的颗粒数量明显减少,当加工高度位于下焦点高度附近处,粉流场有较好的集聚效果,且有较高的颗粒浓度;随着喷嘴加工角度的增大,形成连续稳定的质量流量所需时间越长,质量流量有变小的趋势;粉流场整体偏移量增加,在有效地加工范围内颗粒的质量流量减小情况显着,上下焦点不明显。通过DEM-CFD耦合方法研究基体形态对气粉流场影响规律。结果表明在喷嘴中心轴线远离边界的过程中,壁面接触部分气流场紊流现象增加,侧壁低速区减小,负压范围减小,有效加工范围内颗粒数量呈指数趋势减小;随着薄壁基体厚度增加,气流场范围向两侧发展明显,加工中心点浓度逐渐降低,有效加工范围颗粒流量先增加后维持稳定,颗粒径向范围呈增大趋势;在弧面基体加工过程中,随着弧面曲率的增大,有效加工范围内颗粒数量减少,加工点位置颗粒浓度不断升高,凸面基体加工过程中颗粒的汇聚效果明显高于凹面基体,凸面基体气流场发展良好,凹面基体会形成较大的紊流范围影响加工,凸面基体的成形效果明显优于凹面基体。通过DEM-CFD耦合方法研究侧向风速对气粉流场影响规律。结果表明侧风对自由射流的影响较大,随着侧风速度增大,气流场整体偏移明显,且会产生颗粒溢出气流场现象,使保护气失去保护作用;冲击射流由于加工高度小,同轴射流区外边界气流速度较大,侧风对其影响效果较小,但侧风的存在会影响壁面射流区的范围及混合冲击区的低速锥形域,虽然浓度最高点受侧风影响较小,但基体表面颗粒整体的偏移一定程度上会改变激光熔覆的效果。通过DEM-CFD耦合方法研究粉末形态对气粉流场影响规律。结果表明在颗粒质量流量相同的情况下,颗粒粒径越小,弥散度越高,随着粒径的增加,上焦点位置逐渐下移,浓度逐渐降低,上焦点直径逐渐增大;下焦点位置同样呈下降趋势,浓度呈先升高后降低趋势,下焦点直径呈先减小后增大趋势,粒径在90～120μm之间颗粒的汇聚效果极优。随着近球形颗粒质量含量增加,下焦点位置下移,下焦点径向浓度和轴向浓度均减小,焦点直径变化不明显。随着材料密度增大,焦柱长度增大,上焦点上移,粉流集聚性减弱,下焦点下移,粉流集聚性增强。该论文有图122幅,表18个,参考文献69篇。
李刚[4]（2020）在《开放环境激光内送粉熔覆同轴惰气保护装置与工艺研究》文中进行了进一步梳理钛合金具有比强度高、高低温性能以及耐腐蚀性好等优点,并在航空航天、医疗等领域有广泛的应用。针对目前应用惰性气体封闭箱进行钛合金增材制造中加工零件尺寸受到箱体限制、惰性气氛准备时间长以及设备移动不便等问题,本文提出了一种开放式局部惰气保护激光熔覆成形方法,自主研制了新型光内送粉和局部喷气一体化熔覆喷头,实现了在大气环境下直接进行钛合金材料的激光熔覆成形。针对激光内送粉喷头的结构特点,建立了一体式惰气喷嘴的流道模型和CFD计算模型,通过模拟结果中体积分数分布云图的对比,确定了垂直入口弧面流道的主保护喷嘴结构。利用Fluent软件对喷嘴出口气流的气体流动特性进行分析,将氧气浓度低于2000ppm的气氛定义为保护喷嘴的有效保护范围和长度。通过对比不同的喷嘴入口角度和数量下的气流有效保护长度,最终确定入口数量为4、入口角度为45°的内层主保护喷嘴的入口结构参数。采用内层主保护喷嘴进行大气环境下的钛合金单道熔覆试验,不同保护气流量下的单道氧化变色趋势与相应流量下的有效保护长度变化趋势一致。为了解决内层主保护喷嘴在进行纵向堆高时的保护失效问题,设计外层辅助喷嘴对拖尾高温区域进行保护,通过Fluent模拟中的有效保护长度和深度的对比,确定了小间隙直线流道的外层喷嘴结构。分析了平板拘束状态下双层局部喷嘴在不同流量下的有效保护长度,同时采用红外热像仪监测熔覆过程中的高温区域,并定义了喷嘴可进行有效保护的判定条件,即1/2有效保护长度大于熔池中心后方高温区域长度。应用双层局部保护喷嘴获得了光亮的纵向堆积成形件。为了定量地表征不同加工参数下的保护气体需求量,需要建立保护气体最小用量模型。首先通过Fluent软件确定18～50L/min总流量窗口区间内的内、外两层喷嘴的最佳分配关系,并建立了有效保护长度与气体流量之间的数学模型;然后应用曲面响应分析方法,建立了熔池后区高温长度与工艺参数之间的响应模型。最终根据上述有效保护的判定条件,建立开放环境下的单道激光熔覆保护气体最小用量模型,可根据加工参数指导气体流量的选用。采用本文研制的局部保护喷嘴进行开放环境下的钛合金成形实验,成形件微观组织随着保护气流量的增大呈现等轴状向条状、针状转变的趋势,当保护气体流量大于模型中的最小用量后,成形件表面呈现光亮的银白色,并且内部各处氧含量均低于2000ppm,成形件显微硬度相比于轧制基材提升20～50HV。拉伸试验结果显示开放环境下的钛合金成形件相比于基材,具有较低的延伸率和较大的拉伸强度,说明成形件塑性的下降和强度的提升。经过仿真分析和试验验证,本文应用研制的局部保护喷嘴实现了在大气环境下直接进行钛合金激光熔覆成形,具有实时性好、移动方便、加工零件尺寸不受限制等特点,为大型钛合金结构件的移动式现场增材成形和修复提供了技术支持。
杨林[5]（2020）在《激光直接金属沉积成型气固两相流数值模拟与实验研究》文中进行了进一步梳理激光直接金属沉积成型技术能够直接实现三维零件的制造与再制造。送粉喷嘴作为粉末传输的关键部件,直接影响粉末的传输与沉积成型质量。为改善成型质量与优化喷嘴结构,本文首先研制开发了新型双重环式同轴喷嘴,然后基于气固两相流理论,系统开展了喷嘴气体动力学特性、粉末传输特性、光粉耦合特性及沉积成型的数值模拟与实验研究。重点研究了喷嘴内粉末颗粒的碰撞行为、粒子轨迹与速率分布,喷嘴外粉末射流结构与汇聚特性。探讨了喷嘴内粒子运输行为特性、喷嘴外粉末射流结构与沉积成型特征三种直接的内在关联性。主要结论如下:（1）研发了新型双重环式同轴喷嘴,该喷嘴可根据功能性可分为四部分,彼此间依靠螺纹连接。其中,内部两部件呈中空状,包含激光束通道。外部件分上、下两部分,上部件包含四路柱状粉末流通道,下部件包含冷却水循环通道,且与内部件配合间隙形成环状粉末流通道,整体呈锥度下降。通过3D模型制造出喷嘴实体,同时应用气固两相流理论建立粉末流传输模型,并将数值计算所获得的粉末流形态与实验图片相对比,吻合度较高。（2）研究了粉末颗粒的碰撞行为对粉末传输的影响。结果表明,粉末颗粒间动量损失的存在（Kn=0.9）,可提高喷嘴外粉末流的汇聚性,具体表现在粉末流汇聚柱状区颗粒轨迹密度较大、浓度曲线峰值较高和径向浓度分布均匀几个方面;可使得粉末颗粒轨迹速率曲线整体离散程度减小。同时,碰撞是轨迹速率曲线出现“跃迁”现象的原因,其频率与送粉率成正比,其方向、跨度主要由粉末颗粒发生反弹时其速度方向与气体速度流线方向夹角决定,夹角小于90°是呈现出向上“跃迁”,夹角大于90°时出现向下的“跃迁”,夹角越接近0°或180°时,“跃迁”的跨度越大。（3）研究了载气流量、送粉率对粉末传输的影响。结果表明,随着载气流量的增大,喷嘴内粉末颗粒轨迹速率曲线呈增加趋势且集中性更强,有利于粉末流的稳定性,喷嘴外粉末流的汇聚整体出现上移现象,峰值浓度先增加后减小。其中,浓度减小是由于“双峰”现象产生的;送粉率对粉末流的影响主要体现在浓度分布上,对粉末流形态影响较小。当送粉率逐渐增至3.6 g/min时“双峰”峰值均达到最大,约3 kg/m3,若继续增大送粉率会导致粉末流出现发散现象,使得浓度峰值下降。（4）研究了粉末流汇聚区间与激光聚焦光斑的空间几何关系以及光斑内粉末流的耦合状态。结果表明,当载气流量为2.0 L/min时,粉末流汇聚区间位于激光聚焦平面之下,光斑内径向浓度为“M”状分布;当载气流量增至3.0 L/min时,出现汇聚上移现象,使得光斑内径向浓度呈“山”状分布;当载气流量为4.0 L/min时,激光聚焦光斑位于粉末流汇聚柱状区内,光斑内径向浓度呈现出高斯分布。（5）研究了载气流量、送粉率对沉积成型特征参数变化的影响。结果表明,保持载气流量不变,随着送粉率的增加,沉积层高度和接触角增大,宽度略有变化趋于减小,利用率先增加后减低。其中,当送粉率为2.4 g/min时粉末利用率最高约为54.2%,送粉率为2.8 g/min时成型尺寸较好;保证送粉率不变,随着载气流量的增加,涂层高度、接触角先增大后保持不变,宽度先增大后减小趋于平稳。粉末的利用率在2.0～3.0 L/min的较小载气流量范围内,随气流的增加而线性增加。3.0 L/min至4.0 L/min的范围内,由于粉末流出现发散现象,粉末利用率从3.0 L/min时的0.45降至4.0 L/min时的0.43。
王艺锰[6]（2020）在《定向能量沉积激光头一体化设计及3D打印制造》文中认为定向能量沉积（Directed Energy Deposition,DED）技术作为一种增材制造技术,可以实现大型的零件直接成型。其中,同轴送粉喷嘴是定向能量沉积装置的重要零件之一。目前没有成熟的设计流程用于喷嘴的开发和产品化,同时因为喷嘴结构复杂,传统机械加工方式已经无法满足喷嘴制造的需求,需要使用激光选区熔化（Selective Laser Melting,SLM）成型技术对喷嘴做快速制造。本文探究同轴送粉喷嘴的关键结构参数,总结设计方法,规范其SLM成型过程和后处理加工工序,并开发一套快装式定向能量沉积装置及其喷嘴验证上述研究结果可行性。主要研究成果如下:1.探究同轴送粉喷嘴关键结构的设计方法。对于粉道结构,使用仿真软件和流体力学理论分析载气粉末的运动规律,增设缓冲结构改善粉末汇聚效果。其中,孔式同轴送粉喷嘴粉道缓冲结构长度为15mm,孔径1.8mm;环形喷嘴粉道缓冲结构长度为15mm;对于冷却结构,结合随形冷却水道的设计经验,对喷嘴的受热区域做冷却设计;对于气体保护结构,考虑气体流动规律和功能需求,设计紧凑的气体通道;2.总结同轴送粉喷嘴的SLM成型及后处理流程。由于SLM成型设备的加工误差和成型原理限制,需要优化喷嘴零件的悬垂结构以及确定合理的加工参数。使用316L不锈钢粉末进行加工,具体参数为:层厚0.03mm,填充区域激光功率160W,扫描速度900mm/s,勾边扫描速度400mm/s,勾边激光功率165W,并对单层轮廓做两次重熔勾边。加工完成后,根据后处理流程对喷嘴零件的关键尺寸、内孔粗糙度以及外观进行加工并检测其使用性能。3.设计一套快装式定向能量沉积装置及其喷嘴。根据已有的设计方法和制造流程,结合定向能量沉积增减材复合制造设备的使用需求,开发一套可用于与传统刀具进行切换的定向能量沉积装置,设计与制造一款与其配套使用的同轴送粉喷嘴,检验该设计方法和制造流程的合理性、可重复性。最后介绍该设备的工作流程及编程方法,实现简单的定向能量沉积过程。
孟庆栋[7]（2020）在《基于机器学习的激光熔覆形貌预测与监测研究》文中研究表明制造业是国家生产力的体现,是国民经济的砥柱中流。再制造产业是解决资源浪费、推进绿色制造的新兴动力,其中激光熔覆再制造已经有了长足的发展。目前对重大装备的关键易损件实施激光再制造已经成为绿色制造研究领域中的热点之一,激光熔覆对具有复杂曲面特征的大型零部件的损伤修复和表面强化发挥着不可或缺的作用。对零部件表面进行高精度激光熔覆再制造是亟需解决的难题,所以对激光熔覆产生的熔覆层形貌预测研究就格外重要。激光熔覆形貌研究中工艺参数与形貌特征之间是复杂的非线性关系,对工艺参数进行实时优化则能更加精确地控制输入参数,进而得到期望的熔覆层;熔覆过程的闭环控制系统则能提高熔覆质量和效率,捕获熔池的清晰图像有助于对实现激光熔覆过程进行实时反馈控制。本文利用机器学习的优良算法实现对不同姿态下生成的熔覆层进行形貌预测研究,并提出了熔覆过程中熔覆层高度实时监测模型。主要研究内容如下:（1）标准姿态下的单道熔覆层形貌预测。基于遗传算法优化的BP神经网络,使用铁基18Ni300粉末进行单道激光熔覆实验获取形貌特征数据,将工艺参数作为神经网络输入,熔层覆形貌高度、宽度作为输出,建立截面形貌预测模型,并对仿真模型精准度进行验证。（2）柔性姿态下激光熔覆形貌预测研究。针对复杂曲面上无法实现激光头与基板保持垂直状态问题,将柔性姿态进行归类并分别建立理论模型,提出柔性姿态下熔覆层峰值点偏移量（35）的概念;通过具体实验验证理论模型的准确性,并首次通过多元线性回归分析方法预测柔性姿态下熔覆形貌。（3）熔覆过程中熔覆层形貌高度的实时监测模型。提出熔覆过程将熔池几何形貌作为反馈信号的闭环控制系统,设计三目摄像机结构解决了捕获熔池图像的路径依赖问题;利用模糊C均值聚类的图像阈值,将模糊性的度量降到最低;使用透视变换将熔池图像边界由图像平面转到工作平面,提取投影图像的特征作为输入变量,利用递归神经网络对熔覆层形貌高度进行预测。该论文有图76幅,表15个,参考文献80篇。
王振秋[8]（2020）在《激光熔化沉积粉末利用率及循环再利用研究》文中指出激光熔化沉积技术具有热影响区小、不受材料限制、能加工制造复杂结构件等诸多优点,因而被广泛应用于零部件的修复、表面改性以及复杂结构件的制造等领域。然而低粉末利用率（30%-50%）一直是送粉式激光熔化沉积工艺中面临的主要问题之一。随着制造生产需求及能源价格的增加,有效提升粉末利用能力,对于降低激光熔化沉积技术的生产成本,提升其环境效益具有重要意义。在达到加工性能要求的情况下,提高粉末利用能力包括提高加工过程中的粉末利用率和粉末循环再利用两个方面。针对目前复杂位姿加工时粉末利用率变化规律不明确,适用于复杂位姿的粉末利用率模型及四喷嘴同轴送粉激光熔化沉积中粉末循环再利用的研究还有待完善等现状,本文采用在线监测及概率学数值建模两种研究方法从理论和实验两个方面对同轴送粉激光熔化沉积中316L粉末利用率及粉末循环再利用问题展开了详细的研究,具体研究内容如下:首先,考虑毛坯与激光头之间的相对位姿情况建立了适用于复杂位姿的粉末利用率模型。基于概率学构建了同轴送粉激光熔化沉积工艺中毛坯与激光头相对位姿变化时毛坯表面粉末分布密度函数,分析了毛坯与激光头相对位姿变化时毛坯表面粉末分布规律,同时基于毛坯表面粉末分布密度函数建立了粉末利用率模型,采用Matlab对粉末利用率模型进行了理论计算,并利用称重法对粉末利用率模型进行了实验验证。其次,对激光熔化沉积技术中粉末利用率影响因素及变化规律进行了比较全面的研究。在分析了工艺和路径参数对粉末利用率影响的同时,研究了毛坯与激光头相对位姿变化时粉末利用率的变化规律,并基于毛坯与激光头相对位姿变化时的粉末分布模型阐明了毛坯与激光头相对位姿对粉末利用率的影响,为工艺参数的选择与优化及能耗与环境影响分析模型的建立提供了重要的数据支撑。最后,研究了四喷嘴同轴送粉激光熔化沉积中的316L粉末循环再利用能力。对沉积后的316L粉末进行过筛处理,分析不同循环利用次数的粉末形性特征,然后使用不同循环利用次数的316L粉末进行试件加工,对加工件三维表面粗糙度、微观组织、显微硬度及拉伸强度等质量参数的变化进行了分析,为实际生产中四喷嘴同轴送粉激光熔化沉积316L粉末的循环再利用提供了经验数据支持。
贾云杰[9]（2020）在《超高速激光熔覆铁基合金数值模拟研究》文中指出2017年由德国提出的超高速激光熔覆技术,突破了传统熔覆的效率瓶颈,通过对熔覆头的精巧设计,调整粉末焦平面与激光焦平面的相对位置以实现激光与粉末路径的最佳耦合,使得在一定线能量输入下,粉末在飞行空间熔化的同时仅在基体表面形成微溶池,在保障冶金结合的基础上,实现粉末利用率85%以上的均匀薄涂层的高效制备。在超高速激光熔覆装备引起广泛关注与跟踪仿制的同时,超高速激光熔覆与传统激光熔覆的沉积行为差异,尤其是超高速激光熔覆准二维熔池的非平衡凝固行为尚不明确。本文基于COMSOL Multiphysics数值模拟软件,对超高速激光熔覆铁基合金涂层的熔覆过程进行了研究,建立了基于自主研发的环形同轴送粉喷嘴的粉气两相流模型,计算了超高速激光熔覆瞬态温度场和流场。（1）使用多种惰性气体分别作为送粉气气体进行对比。发现氦气的流动速度最快,但喷出送粉口后发散迅速。氮气作为激光器保护气性价比最高。氩气作为载粉气综合性能最优,能够有效覆盖熔覆区域形成抗氧化环境,减少熔覆过程熔覆材料的氧化与过烧现象。载粉气气流量为4-8L/min及粉末颗粒粒径为150-250目左右时,粉末流在送粉头喷嘴垂直向下距离11-13mm位置形成密度较高截面近似菱形汇聚区。（2）超高速激光熔覆在0.015s时,激光的能量输入与基体和熔覆涂层内的能量消耗达到平衡状态。熔池移动前端温度分布较为密集,移动后端随着远离热源中心温度梯度逐渐舒缓,界面生长速度逐渐减小。熔池大小、深度及熔池内最高温度随着激光功率的增大而增长。随着扫描速度的增大熔覆涂层高度降低明显。送粉率越大熔覆层越厚,熔池体积越大,深度也越深。但激光功率大小对熔覆层和基体的穿透效果不明显,稀释率基本保持在基体/熔覆层界面以下30-50μm处。（3）熔池表面流体流动速度较大,整体上呈环流,转流状态在0.007s后呈现前端紧密后端松散的状态。熔池内部的流体流动分布受进入流体内的第五主族活性元素的影响,过多的活性元素会使温度表面张力系数为正时,熔池表面流体由熔池边缘向温度最高处的中心处汇聚,在温度最高处产生自上而下的流动循环。相反,温度张力系数为负,熔池表面流体则由温度最高的中心处向熔池四周发散,在温度最高处产生自下而上的流动循环。受超高速激光熔覆快热急冷的特点影响,熔池深度较浅,阻滞了部分马兰戈尼效应产生的流体回流。
吴家柱[10]（2019）在《基于光束形态特征的激光直接金属沉积热-流输运机理》文中研究表明激光直接金属沉积（LDMD）增材制造是多学科深度交叉、多技术高度融合的快速成形技术,易于实现高功能化、整体化、轻量化和个性化复杂金属零件的宏微观结构和形性一体化可控的高性能制造,在航空航天、载运工具、模具制造和生物医疗等高端装备制造领域得到成功应用。然而,沉积过程中的极端多变性和高度复杂性使得制件的组织、性能和尺寸精度难以满足高端产品的需求。目前的研究表明:制件的微观组织、宏观力学性能和热致变形均与沉积过程中的热-流输运行为密切关联,这意味着探寻热-流输运调控方法是实现“工艺-组织-性能”一体化精确成形的重要途径,而明晰热-流输运机理是实现热-流输运调控的关键理论基础。本文以光束形态为关注点,系统地开展基于光束形态的LDMD热-流输运机理研究,取得的研究结果如下:（1）针对聚焦光纤激光束的光束形态在传输空间的复杂演变特征,以及精确模型的缺失,提出一种基于光束特征参数辨识的光束形态建模方法,建立了精确的光束形态模型,发现超高斯光束（SGB）的超高斯阶数服从洛伦兹分布,明晰了通过调节激光离焦量可以实现高斯形态（GP）或超高斯形态（SGP）的定制原理。（2）针对多束同轴粉束的流数值模型存在计算耗时,基于空间几何的传统解析模型存在空间结构参数化建模困难的问题,提出了基于齐次变换理论的多束同轴粉束流的建模方法,建立粉末输运的参数化解析物理模型;提出了一种面向柱形光辅助图像粉末测量方法的降维归一化数据处理方法,妥善解决测量数据与仿真数据之间的空间维度和量纲不一致的问题;利用敏感性方法研究了多路同轴送粉头结构对同轴粉束流的影响程度,指出喷嘴径向距离和喷射角是设计送粉头的关键参数。（3）为了探明不同光束形态作用下的光-粉耦合能量输运机制,利用Lambert-Beer定律建立了激光能量衰减模型,基于集总参数法和齐次变换理论建立粉末热输运模型。研究表明:当光斑远小于同轴粉束流的粉斑时,光束形态不影响激光功率损失率,但影响光-粉耦合过程中的粉末热输运;证实了调制合适的光束形态可以调控光-粉耦合过程中的粉末热输运特征。（4）基于质量、动量和能量守恒三大定律,表观热熔法和ALE动网格技术建立了包括熔池热-流输运、固/液混合界面演变、自由界面演变的熔池输运动力学模型,揭示了SGP和GP两种光束形态作用下熔池的形貌、热输运和流体流动等熔池输运动力学特征。结果表明:光束形态对熔池大小、液相区温度、凝固界面的温度梯度、流体平均流速及其稳态响应时间有重要影响;增大激光功率会诱发流速震荡现象,且震荡幅度与功率正相关;发现熔池前、后两个涡流的分界点与熔池峰值温度所在位置一致,且分界点两侧的反向Marangoni剪切应力和反向水平涡流动量的相互抵消是导致分界点出现超低流速的关键因素。无量纲分析表明:SGP光束形态有利于细化组织和减小零件热变形,GP则有利于提升粉末预热效果、粉末利用率和质量沉积速率。
二、用于激光熔覆的同轴送粉喷嘴的设计及研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、用于激光熔覆的同轴送粉喷嘴的设计及研究（论文提纲范文）
（1）激光熔覆四通道同轴送粉喷嘴外流场仿真与实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1.绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 激光熔覆同轴送粉喷嘴技术及研究现状 |
| 1.2.1 同轴送粉喷嘴技术工作原理 |
| 1.2.2 同轴送粉喷嘴技术的研究现状 |
| 1.3 激光熔覆同轴送粉喷嘴外流场数值模拟研究现状 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 2.激光熔覆同轴送粉喷嘴试验设计 |
| 2.1 试验设备及材料 |
| 2.1.1 同轴送粉试验系统 |
| 2.1.2 金属粉末试验材料 |
| 2.2 粉末汇聚特性试验方案 |
| 2.3 粉末利用率试验方案 |
| 2.4 本章小结 |
| 3.四通道同轴送粉喷嘴仿真模型的建立 |
| 3.1 仿真软件介绍 |
| 3.2 数值模拟的计算模型 |
| 3.2.1 气固两相流概念 |
| 3.2.2 数值模型的假设条件 |
| 3.2.3 连续相方程 |
| 3.2.4 离散相方程 |
| 3.3 几何模型建立及网格划分 |
| 3.4 气固两相流边界条件设置 |
| 3.5 本章小结 |
| 4.弹性恢复系数对同轴喷嘴外流场模拟的影响分析 |
| 4.1 弹性恢复系数的概念 |
| 4.2 对外流场速度的影响 |
| 4.3 对外流场浓度的影响 |
| 4.4 对外流场汇聚特性的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 5.不同工艺参数对同轴喷嘴外流场影响的模拟与实验验证 |
| 5.1 送粉量对同轴送粉喷嘴外流场的影响分析 |
| 5.1.1 对外流场速度的影响 |
| 5.1.2 对外流场浓度的影响 |
| 5.1.3 对外流场汇聚特性的影响 |
| 5.1.4 送粉量对熔覆层形貌的影响 |
| 5.2 载气流量对同轴送粉喷嘴外流场的影响分析 |
| 5.2.1 对外流场速度的影响 |
| 5.2.2 对外流场浓度的影响 |
| 5.2.3 对外流场汇聚特性的影响 |
| 5.2.4 载气流量对熔覆层形貌的影响 |
| 5.3 粉末利用率的工艺优化研究 |
| 5.3.1 不同送粉量下单道熔覆粉末利用率的计算 |
| 5.3.2 不同载气流量下单道熔覆粉末利用率的计算 |
| 5.3.3 优化工艺参数后的多道搭接熔覆粉末利用率的计算 |
| 5.4 本章小结 |
| 6.总结与展望 |
| 参考文献 |
| 附录:硕士研究生学习阶段发表论文 |
| 致谢 |
（2）燃气轮机涡轮盘的激光熔覆修复研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 .激光熔覆技术 |
| 1.2.1 .激光熔覆技术概述 |
| 1.2.2 激光熔覆材料添加方式 |
| 1.2.3.激光熔覆技术的应用 |
| 1.3 .国内外研究现状 |
| 1.3.1 镍基合金熔覆层的相关研究 |
| 1.3.2 激光熔覆燃气轮机叶轮叶片的相关研究 |
| 1.4 本文研究内容 |
| 第2章 激光熔覆同轴送粉喷嘴头的设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光粉相互作用的理论基础 |
| 2.2.1 粉末流特性的研究 |
| 2.2.2 光与粉的匹配研究 |
| 2.3 同轴送粉头系统的设计 |
| 2.3.1 送粉喷嘴头的设计 |
| 2.3.2 光束准直与聚焦系统的设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 激光能量密度对熔覆层宏观形貌的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 激光熔覆过程中金属材料的熔凝机理 |
| 3.2.1 金属材料在激光束热作用下的物态变化 |
| 3.2.2 激光熔覆过程中熔池的变化过程 |
| 3.3 实验设备及材料 |
| 3.4 实验方法 |
| 3.5 熔覆层形貌尺寸变化规律 |
| 3.5.1 激光能量密度对熔池熔深的影响 |
| 3.5.2 激光能量密度对熔覆层最大高度和最大宽度的影响 |
| 3.6 激光能量密度对熔覆层稀释率的影响 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 动力燃气轮机涡轮盘的修复研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验前期预处理 |
| 4.2.1 渗透探伤 |
| 4.2.2 探伤处理步骤 |
| 4.3 裂纹的激光熔覆修复 |
| 4.3.1 熔覆路径的规划与程序的编程 |
| 4.3.2 缺口的修复 |
| 4.4 熔覆层的金相检测 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 研究工作的主要结论 |
| 5.2 研究工作的创新点 |
| 5.3 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（3）激光增材再制造喷嘴粉流集聚性规律分析（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及选题意义 |
| 1.2 激光增材再制造技术简介 |
| 1.3 喷嘴粉流场研究意义及研究现状 |
| 1.4 本文研究方法及研究内容 |
| 2 理论基础 |
| 2.1 DEM-CFD耦合原理 |
| 2.2 DEM-CFD耦合软件 |
| 2.3 气固两相流研究理论基础 |
| 2.4 气粉流场分布特征 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 粉末流高斯分布模拟理论及实验概述 |
| 3.1 计算域确立 |
| 3.2 网格划分 |
| 3.3 软件参数设定及耦合流程 |
| 3.4 标准球形颗粒高斯分布气固流场数值模拟 |
| 3.5 实验概述 |
| 3.6 章末小结 |
| 4 再制造同轴送粉喷嘴位姿对粉流场影响分析 |
| 4.1 喷嘴加工高度对同轴送粉粉流场影响分析 |
| 4.2 喷嘴加工角度对同轴送粉粉流场影响分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 再制造同轴送粉毛坯基体形态对粉流场影响分析 |
| 5.1 规则体毛坯基体边缘位置对同轴送粉粉流场影响分析 |
| 5.2 薄壁毛坯基体厚度对同轴送粉粉流场影响分析 |
| 5.3 弧面毛坯基体对同轴送粉粉流场影响分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 再制造同轴送粉侧风对粉流场影响分析 |
| 6.1 侧风对自由射流情况下粉流场影响分析 |
| 6.2 侧风对冲击射流情况下粉流场影响分析 |
| 6.3 本章小结 |
| 7 再制造同轴送粉粉末性质对粉流场影响分析 |
| 7.1 粉末性质研究概述 |
| 7.2 颗粒粒径变化对同轴送粉粉流场影响分析 |
| 7.3 近球形粉末对同轴送粉粉流场影响分析 |
| 7.4 颗粒密度对同轴送粉粉流场影响分析 |
| 7.5 本章总结 |
| 8 结论与展望 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（4）开放环境激光内送粉熔覆同轴惰气保护装置与工艺研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 激光加工保护喷嘴国内外研究现状 |
| 1.3 保护气流数值模拟国内外研究现状 |
| 1.4 本文研究意义及研究内容 |
| 1.4.1 研究意义 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 第二章 内层主保护喷嘴的结构优化设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 局部保护喷嘴的设计空间 |
| 2.3 CFD控制方程及计算模型的选取 |
| 2.3.1 数值算法的选择 |
| 2.3.2 控制方程 |
| 2.3.3 组分输运模型的选取 |
| 2.4 不同结构喷嘴的流场分析 |
| 2.4.1 同轴局部保护喷嘴的原理 |
| 2.4.2 三种喷嘴的流道模型 |
| 2.4.3 边界条件的设置及网格划分 |
| 2.4.4 无拘束状态仿真结果对比 |
| 2.5 保护喷嘴的入口结构参数优化 |
| 2.5.1 平板拘束模型的建立及边界条件设置 |
| 2.5.2 气体流动特性分析 |
| 2.5.3 气流保护效果的评判标准 |
| 2.5.4 入口数量的优化 |
| 2.5.5 入口角度的优化 |
| 2.5.6 主保护喷嘴的定形 |
| 2.6 开放环境TI-6AL-4V单道熔覆试验验证 |
| 2.6.1 CFD中保护气流量的影响 |
| 2.6.2 单道熔覆试验 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 外层辅助保护喷嘴的结构优化设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 纵向堆高的保护失效问题分析 |
| 3.2.1 纵向堆高模型的建立及边界条件设置 |
| 3.2.2 内层主保护喷嘴的纵向保护仿真结果 |
| 3.2.3 单层保护喷嘴的纵向堆高试验 |
| 3.3 外层辅助保护喷嘴的结构设计 |
| 3.3.1 三种局部保护喷嘴的流道模型 |
| 3.3.2 三种局部保护喷嘴的仿真结果对比 |
| 3.3.3 双层局部保护喷嘴的定形 |
| 3.4 双层局部保护喷嘴有效保护长度的仿真分析 |
| 3.4.1 进口条件的设置 |
| 3.4.2 双层局部保护喷嘴的气体流动特性分析 |
| 3.4.3 进口流量对有效保护范围的影响 |
| 3.5 开放环境熔覆试验验证 |
| 3.5.1 单道熔覆试验 |
| 3.5.2 有效保护的判定条件 |
| 3.5.3 块体堆积试验 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 单道熔覆保护气量模型的建立 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 内外保护气流量的最佳匹配模型 |
| 4.2.1 节点处最佳气体比例的搜索 |
| 4.2.2 最佳气体比例下的有效保护长度 |
| 4.2.3 有效保护长度数学模型的建立 |
| 4.3 高温区域长度的曲面响应分析 |
| 4.3.1 试验方案与结果 |
| 4.3.2 高温区域长度数学模型的建立 |
| 4.3.3 工艺参数对熔池后区高温长度的影响 |
| 4.4 气体最小用量模型的建立与验证 |
| 4.4.1 模型建立 |
| 4.4.2 验证试验 |
| 4.5 本章小节 |
| 第五章 钛合金开放环境激光熔覆成形实验 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 实验设备与材料 |
| 5.2.1 开放环境激光熔覆成形系统 |
| 5.2.2 送粉参数标定 |
| 5.2.3 实验材料 |
| 5.3 不同保护气流量下的块体成形实验 |
| 5.3.1 横向搭接率的确定 |
| 5.3.2 成形实验 |
| 5.3.3 成形块体组织分析 |
| 5.3.4 成形块体氧含量检测 |
| 5.3.5 成形块体显微硬度分析 |
| 5.4 开放环境下块体成形实验 |
| 5.5 成形块体质量检测 |
| 5.5.1 组织分析 |
| 5.5.2 成形块体不同位置的氧含量检测 |
| 5.5.3 拉伸性能及断口分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间本人出版或公开发表的论着、论文 |
| 致谢 |
（5）激光直接金属沉积成型气固两相流数值模拟与实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 激光直接金属沉积成型的研究现状及应用 |
| 1.2.1 激光直接金属沉积成型材料 |
| 1.2.2 激光直接金属沉积成型设备 |
| 1.2.3 激光直接金属沉积成型工艺 |
| 1.2.4 激光直接金属沉积成型的应用 |
| 1.3 激光直接金属沉积成型的数值模拟研究现状 |
| 1.3.1 熔池流动数值模拟 |
| 1.3.2 同轴送粉气固两相流数值模拟 |
| 1.4 研究内容 |
| 第二章 激光直接金属沉积成型数值模拟及实验 |
| 2.1 激光直接金属沉积成型数值模拟 |
| 2.1.1 两相流理论简述 |
| 2.1.2 同轴送粉气固两相流理论分析 |
| 2.1.3 控制方程 |
| 2.1.4 网格划分 |
| 2.1.5 边界条件及参数设定 |
| 2.2 实验 |
| 2.2.1 实验设备 |
| 2.2.2 实验材料 |
| 2.2.3 实验方法 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 同轴送粉喷嘴开发设计 |
| 3.1 送粉喷嘴类型、结构及现状 |
| 3.2 新型环式同轴喷嘴结构设计 |
| 3.2.1 喷嘴结构设计 |
| 3.2.2 喷嘴的零件制造、装配与喷嘴实体 |
| 3.3 数值模型的建立与验证 |
| 3.3.1 数值模型的建模与求解 |
| 3.3.2 数值模型的验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 同轴喷嘴动力学特性与粉末传输特性 |
| 4.1 同轴喷嘴动力学特性 |
| 4.2 不同载气流量下的粉末传输特性 |
| 4.2.1 载气流量对粉末流形态的影响 |
| 4.2.2 载气流量对粉末颗粒速度、轨迹的影响 |
| 4.3 不同送粉速率下的粉末传输特性 |
| 4.3.1 送粉率对粉末流形态结构的影响 |
| 4.3.2 送粉率对粉末颗粒速度、轨迹的影响 |
| 4.4 碰撞条件下的粉末传输行为 |
| 4.4.1 碰撞条件下粉末射流结构特征 |
| 4.4.2 碰撞对粉末颗粒传输轨迹与速度的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 同轴喷嘴的光粉耦合特性与沉积成型特性 |
| 5.1 同轴喷嘴的光粉耦合特性 |
| 5.1.1 粉末颗粒轨迹与激光束耦合形态及规律 |
| 5.1.2 粉末颗粒浓度矢量与光斑耦合形态 |
| 5.1.3 粉末颗粒的理想利用率 |
| 5.2 同轴喷嘴的沉积成型特性 |
| 5.2.1 送粉率对沉积成型及利用率的影响 |
| 5.2.2 载气流量对沉积成型及利用率的影响 |
| 5.2.3 成型质量实验 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间的研究成果 |
（6）定向能量沉积激光头一体化设计及3D打印制造（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 定向能量沉积技术 |
| 1.2.1 定向能量沉积的成型原理 |
| 1.2.2 定向能量沉积的研究现状 |
| 1.3 同轴送粉喷嘴的研究现状 |
| 1.4 同轴送粉喷嘴设计及制造存在的问题 |
| 1.5 课题概述 |
| 1.5.1 研究内容 |
| 1.5.2 研究的目的及意义 |
| 1.5.3 课题来源 |
| 第二章 研究方法 |
| 2.1 应用软件介绍 |
| 2.2 气固两相流相关原理 |
| 2.2.1 k-epsilon湍流模型 |
| 2.2.2 颗粒分布及运动原理 |
| 2.2.3 影响粉末颗粒运动的因素[42] |
| 2.3 实验设备及材料 |
| 2.3.1 SLM成型设备及材料 |
| 2.3.2 定向能量沉积设备 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 同轴送粉喷嘴的结构设计 |
| 3.1 喷嘴粉道仿真模型建立及求解 |
| 3.1.1 喷嘴粉道仿真模型建立 |
| 3.1.2 网格划分 |
| 3.1.3 模型、材料及求解器设置 |
| 3.1.4 后处理分析 |
| 3.2 同轴送粉喷嘴粉道结构设计 |
| 3.2.1 孔式喷嘴粉道设计 |
| 3.2.2 环形喷嘴粉道设计 |
| 3.3 同轴送粉喷嘴冷却及气体保护结构设计 |
| 3.3.1 冷却结构设计规则 |
| 3.3.2 孔式喷嘴冷却设计 |
| 3.3.3 环形喷嘴冷却设计 |
| 3.3.4 气体保护结构设计 |
| 3.4 系列喷嘴的装配结构及设计关键点 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 同轴送粉喷嘴的SLM成型及后处理 |
| 4.1 SLM成型误差分析 |
| 4.1.1 设备误差 |
| 4.1.2 激光深穿透现象 |
| 4.2 喷嘴结构优化和数据处理 |
| 4.2.1 基于SLM成型的喷嘴结构优化 |
| 4.2.2 同轴送粉喷嘴的数据处理 |
| 4.3 同轴送粉喷嘴的SLM成型 |
| 4.3.1 激光重熔 |
| 4.3.2 加工工艺参数 |
| 4.3.3 同轴送粉喷嘴的SLM成型 |
| 4.4 同轴送粉喷嘴的后处理及性能验证 |
| 4.4.1 喷嘴后处理关键结构 |
| 4.4.2 加工工序及工艺 |
| 4.4.3 同轴送粉喷嘴性能验证方法 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 快装式定向能量沉积装置的设计及应用 |
| 5.1 应用背景 |
| 5.2 快装式定向能量沉积装置的设计 |
| 5.2.1 结构布局 |
| 5.2.2 光学结构设计 |
| 5.2.3 装配及其轻量化 |
| 5.3 快装式同轴送粉喷嘴的设计及制造 |
| 5.3.1 快装式同轴送粉喷嘴的设计流程 |
| 5.3.2 快装式同轴送粉喷嘴的制造 |
| 5.4 定向能量沉积增减材复合成型 |
| 5.4.1 设备工作流程 |
| 5.4.2 设备加工 |
| 5.5 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 一、全文研究成果总结 |
| 二、研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附件 |
（7）基于机器学习的激光熔覆形貌预测与监测研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 现存在的问题 |
| 1.4 主要工作 |
| 1.5 论文结构 |
| 2 激光熔覆技术及熔覆层形貌预测方法 |
| 2.1 激光熔覆技术 |
| 2.2 激光熔覆工艺参数及形貌质量 |
| 2.3 单道熔覆层形貌预测方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于BP神经网络的单道激光熔覆形貌预测 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 激光熔覆实验 |
| 3.3 工艺参数对熔覆形貌的影响规律 |
| 3.4 BP神经网络及遗传算法的实现 |
| 3.5 模拟仿真及实验分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 柔性姿态下的激光熔覆形貌预测研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 柔性姿态下激光熔覆层截面形貌模型 |
| 4.3 柔性姿态下的激光熔覆实验 |
| 4.4 柔性姿态下工艺参数对形貌影响分析 |
| 4.5 应用多元线性回归分析对柔性姿态下激光熔覆形貌预测 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 基于图像特征跟踪算法的激光熔覆实时熔覆层高度监测 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 闭环控制系统及图像采集 |
| 5.3 图像处理与图像阈值优化 |
| 5.4 特征跟踪算法 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（8）激光熔化沉积粉末利用率及循环再利用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 粉末利用率模型国内外研究现状 |
| 1.2.2 粉末利用率影响因素及变化规律国内外研究现状 |
| 1.2.3 粉末循环再利用国内外研究现状 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 2 粉末利用率和循环再利用实验方案研究 |
| 2.1 实验设备 |
| 2.2 实验材料 |
| 2.3 实验方案 |
| 2.3.1 粉末利用率模型实验方案 |
| 2.3.2 粉末利用率影响因素及变化规律分析实验方案 |
| 2.3.3 粉末循环再利用实验方案 |
| 2.4 图像处理方法 |
| 2.4.1 灰度处理 |
| 2.4.2 图像滤波降噪处理 |
| 2.4.3 阈值分割与二值化处理 |
| 2.4.4 形态学处理 |
| 2.4.5 边缘检测与提取 |
| 2.4.6 熔池尺寸特征提取 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 适用于复杂位姿的粉末利用率模型建立 |
| 3.1 毛坯相对激光头倾斜时粉末分布密度函数的建立及规律分析 |
| 3.1.1 毛坯相对激光头倾斜时粉末分布密度函数建立 |
| 3.1.2 毛坯相对激光头倾斜时粉末分布规律分析 |
| 3.2 适用于复杂位姿的粉末利用率模型建立 |
| 3.3 粉末利用率理论计算及实验验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 工艺、位姿、路径参数对粉末利用率的影响 |
| 4.1 工艺参数变化对粉末利用率的影响 |
| 4.1.1 激光功率变化对粉末利用率的影响分析 |
| 4.1.2 送粉速率变化对粉末利用率的影响分析 |
| 4.1.3 扫描速度变化对粉末利用率的影响分析 |
| 4.1.4 离焦量变化对粉末利用率的影响分析 |
| 4.1.5 保护气流量变化对粉末利用率的影响分析 |
| 4.1.6 载气流量变化对粉末利用率的影响分析 |
| 4.2 位姿参数变化对粉末利用率的影响 |
| 4.2.1 毛坯倾斜角度对粉末利用率的影响分析 |
| 4.2.2 同轴激光头倾斜角度对粉末利用率的影响分析 |
| 4.3 路径参数变化对粉末利用率的影响 |
| 4.3.1 单层多道沉积中搭接率对粉末利用率的影响分析 |
| 4.3.2 多层单道沉积中提升量对粉末利用率的影响分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 激光熔化沉积粉末循环再利用研究 |
| 5.1 循环再利用对粉末形性特征的影响 |
| 5.1.1 循环再利用粉末形貌分析 |
| 5.1.2 循环再利用粉末物相组成分析 |
| 5.2 循环再利用粉末对加工试件质量的影响 |
| 5.2.1 加工试件三维表面粗糙度分析 |
| 5.2.2 加工试件沉积层微观组织 |
| 5.2.3 加工试件显微硬度 |
| 5.2.4 加工试件拉伸性能及断后伸长率 |
| 5.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（9）超高速激光熔覆铁基合金数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题的背景及意义 |
| 1.1.1 激光熔覆概述与超高速激光熔覆的提出 |
| 1.1.2 超高速激光熔覆国内外研究进展 |
| 1.2 数值模拟 |
| 1.2.1 激光熔覆同轴送粉粉末流模拟 |
| 1.2.2 激光熔覆温度场和熔池流场模拟 |
| 1.3 研究超高速激光熔覆数值模型的必要性 |
| 1.4 本课题研究的内容和方案 |
| 第2章 材料的物性参数计算与实验设备 |
| 2.1 材料热物性计算 |
| 2.1.1 材料成分 |
| 2.1.2 JMatPro软件介绍 |
| 2.1.3 材料热物性计算 |
| 2.2 验证实验及实验设备 |
| 2.2.1 超高速激光熔覆实验 |
| 2.2.2 高速红外摄像实验 |
| 第3章 环形同轴送粉原理与粉末流模拟 |
| 3.1 流体力学理论 |
| 3.1.1 流体性质 |
| 3.1.2 连续介质 |
| 3.1.3 流体流动的控制方程 |
| 3.1.4 气/固两相流控制方程 |
| 3.2 粉末流模型的建立 |
| 3.2.1 COMSOL Multiphysics |
| 3.2.2 求解器设置 |
| 3.2.3 几何模型 |
| 3.2.4 网格划分 |
| 3.2.5 气/固两相流模型假设 |
| 3.2.6 边界条件 |
| 3.3 连续相流动模拟结果分析 |
| 3.3.1 连续相流场 |
| 3.3.2 不同种类送粉气体对流场的影响 |
| 3.3.3 送粉气气流量对流场的影响 |
| 3.4 气/固两相流粉末流轨迹结果分析 |
| 3.4.1 粉末颗粒运动轨迹 |
| 3.4.2 粉末粒径对粉末颗粒运动的影响 |
| 3.4.3 送粉气流量对粉末颗粒运动的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 超高速激光熔覆瞬态温度场模拟 |
| 4.1 超高速激光熔覆涂层成型机理研究 |
| 4.2 瞬态温度场模型的建立 |
| 4.2.1 几何模型及网格划分 |
| 4.2.2 物理模型 |
| 4.2.3 基本假设 |
| 4.2.4 粉末颗粒的影响 |
| 4.2.5 激光能量密度模型 |
| 4.2.6 相变传热模型 |
| 4.2.7 边界条件 |
| 4.3 温度场模拟结果 |
| 4.3.1 温度场分布 |
| 4.3.2 激光功率对温度场及熔覆层形貌的影响 |
| 4.3.3 扫描速度对温度场及熔覆层形貌的影响 |
| 4.3.4 送粉率对温度场及熔覆层形貌的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 超高速激光熔覆熔池流场模拟 |
| 5.1 熔池流场理论基础 |
| 5.1.1 表面毛细现象 |
| 5.1.2 马兰戈尼效应 |
| 5.1.3 自然对流 |
| 5.1.4 熔池边界追踪 |
| 5.1.5 流体流动方程 |
| 5.1.6 层流和湍流 |
| 5.2 超高速激光熔覆熔池流场模型建立 |
| 5.2.1 物理模型 |
| 5.2.2 几何模型建立及网格剖分 |
| 5.2.3 基本假设 |
| 5.2.4 边界条件 |
| 5.3 模拟结果与分析 |
| 5.3.1 熔池内流场分布 |
| 5.3.2 表面张力温度系数对流体流动方向的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文 |
（10）基于光束形态特征的激光直接金属沉积热-流输运机理（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 激光增材制造概述 |
| 1.2.1 增材制造分类及其特点 |
| 1.2.2 激光增材制造国内外发展历史 |
| 1.2.3 同步粉末输送概述 |
| 1.3 激光增材制造组织与性能调控研究现状 |
| 1.4 光束形态对激光加工特性的影响研究现状 |
| 1.4.1 光束形态的定义 |
| 1.4.2 光束形态对微观组织和性能的影响 |
| 1.4.3 光束形态对热-流输运行为的影响 |
| 1.5 激光增材制造热-流输运理论模型研究现状 |
| 1.5.1 解析模型 |
| 1.5.2 数值模型 |
| 1.6 研究思路与研究内容 |
| 1.6.1 研究思路 |
| 1.6.2 研究内容 |
| 第2章 多模激光束的光束形态建模与精度评估 |
| 2.1 引言 |
| 2.2光束功率密度测量实验 |
| 2.2.1 LDMD实验平台 |
| 2.2.2 光束质量测量系统与方法 |
| 2.3 光束形态建模的理论基础 |
| 2.3.1 光束形态的理论模型 |
| 2.3.2 光束半径的度量模型 |
| 2.4 光束形态建模方法 |
| 2.5 光束特征参数辨识与模型精度评估 |
| 2.5.1 SGP的形成与演变机制 |
| 2.5.2 光束特征参数辨识 |
| 2.5.3 光束形态模型精度评估 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 多束同轴粉束流建模与粉末输运特征 |
| 3.1 引言 |
| 3.2粉末分布测量实验 |
| 3.2.1 实验材料 |
| 3.2.2 实验与方法 |
| 3.3 多束同轴粉束流建模 |
| 3.3.1 粉末的动力学分析 |
| 3.3.2 基本假设 |
| 3.3.3 基于齐次变换的粉束流建模分析 |
| 3.3.4 齐次变换理论的数学基础 |
| 3.3.5 基于齐次变换的粉束流模型 |
| 3.4 粉末空间分布特征 |
| 3.4.1 降维归一化数据处理 |
| 3.4.2 粉末空间分布特征 |
| 3.5 多路同轴送粉头结构对粉束流的影响 |
| 3.5.1 送粉头结构对粉束流焦斑特征的影响 |
| 3.5.2 关键影响因素辨识 |
| 3.5.3 两种典型送粉头结构的粉束流焦斑特征 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 考虑光束形态的光-粉耦合能量输运机制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 温度敏感的物性参数 |
| 4.2.1 316 L不锈钢的热物性参数 |
| 4.2.2 316L不锈钢的激光吸收率 |
| 4.2.3 氩气的物性参数 |
| 4.3 光-粉耦合实验与方法 |
| 4.3.1激光束能量衰减测量实验 |
| 4.3.2粉束流温度测量实验 |
| 4.4 光-粉耦合模型 |
| 4.4.1 物理模型与基本假设 |
| 4.4.2 功率衰减模型 |
| 4.4.3 热输运模型 |
| 4.5 模型验证 |
| 4.5.1 激光能量衰减 |
| 4.5.2 粉末热输运 |
| 4.6 光束形态重构与粉末热输运特征 |
| 4.6.1 光束形态重构 |
| 4.6.2 粉末热输运 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 光束形态对熔池热-流输运的影响机制 |
| 5.1 引言 |
| 5.2LDMD沉积实验 |
| 5.3 熔池输运动力学模型 |
| 5.3.1 基本假设 |
| 5.3.2 熔池输运动力学的基本控制方程 |
| 5.3.3 相变模型 |
| 5.3.4 熔池气/液界面演化模型 |
| 5.4 边界条件与初始条件 |
| 5.4.1 传热边界条件 |
| 5.4.2 流体流动边界条件 |
| 5.4.3 初始值 |
| 5.4.4 数值求解 |
| 5.5 光束形态对熔池形貌特征的影响 |
| 5.5.1 模型验证 |
| 5.5.2 熔池形貌特征 |
| 5.6 光束形态对熔池热-流输运特征的影响 |
| 5.6.1 热输运特征 |
| 5.6.2 高温流体输运动力学特征 |
| 5.6.3 无量纲数分析 |
| 5.7 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录A 攻读博士学位期间发表或录用的论文 |
| 附录B 攻读博士学位期间申请的专利 |
| 附录C 攻读博士学位期间承担或参与的科研项目 |
四、用于激光熔覆的同轴送粉喷嘴的设计及研究（论文参考文献）
- [1]激光熔覆四通道同轴送粉喷嘴外流场仿真与实验研究[D]. 尹千千. 中原工学院, 2021(09)
- [2]燃气轮机涡轮盘的激光熔覆修复研究[D]. 杨权. 湖北工业大学, 2020(03)
- [3]激光增材再制造喷嘴粉流集聚性规律分析[D]. 郭昊. 辽宁工程技术大学, 2020
- [4]开放环境激光内送粉熔覆同轴惰气保护装置与工艺研究[D]. 李刚. 苏州大学, 2020(02)
- [5]激光直接金属沉积成型气固两相流数值模拟与实验研究[D]. 杨林. 温州大学, 2020(04)
- [6]定向能量沉积激光头一体化设计及3D打印制造[D]. 王艺锰. 华南理工大学, 2020(02)
- [7]基于机器学习的激光熔覆形貌预测与监测研究[D]. 孟庆栋. 中国矿业大学, 2020(01)
- [8]激光熔化沉积粉末利用率及循环再利用研究[D]. 王振秋. 大连理工大学, 2020
- [9]超高速激光熔覆铁基合金数值模拟研究[D]. 贾云杰. 天津职业技术师范大学, 2020(07)
- [10]基于光束形态特征的激光直接金属沉积热-流输运机理[D]. 吴家柱. 湖南大学, 2019