光内送粉激光熔覆工艺参数对单层熔覆质量的影响

针对现有的激光熔覆快速制造过程中偏王侧向送粉和多粉管光外同轴送粉熔覆成形工艺的不足,提出了一种"光束中空,粉管居中,光内送粉"的新型激光熔覆快速制造工艺,可应用于金属零件激光熔覆直接制造领域.研究了光内送粉试验关键工艺参数,如光束输出模式、激光功率密度、送粉量、扫描速度和离焦量等对熔覆质量的影响;在多模激光束模式下,探索了不同工艺参数与熔覆层质量的关系,为多层熔覆薄壁墙成形试验打下良好的基础.     

激光熔覆技术在飞机修理中的应用

概述了激光熔覆技术的工艺特点、熔覆材料和工艺方法等。针对飞机主起落架活塞杆零件材料及承力特点,开展了疲劳裂纹修复相关试验研究。结果表明,在无任何热处理条件下,采用激光熔覆技术修复飞机零件疲劳裂纹,可以获得符合零件设计要求的规定疲劳寿命。该方法也为进一步提高飞机零部件的使用寿命提供了一个有效的途径。     

送粉激光熔覆成形L合金试验研究

利用L合金粉末,开展了激光熔覆技术修复基体2C r12的研究。对修复件的显微组织进行了分析,并对修复件的拉伸、冲击性能进行了测试。组织分析表明:熔覆层与基体形成良好冶金结合;每层中间部位基本上为垂直于结合面外延生长的柱状树枝晶,其生长方向基本一致;熔覆层上部组织主要由枝晶组成,其生长方向不同于底部组织,生长方向基本与激光扫描方向平行。拉伸、冲击试验证明,L合金粉末修复件沿激光扫描方向的延伸率约为18%~30%,垂直激光扫描方向由于受内部道和道间搭接影响,延伸率约为10%~18%。激光熔覆区断口主要由韧窝和撕裂棱组成,呈现明显的韧性断裂特征。试验表明:送粉激光熔覆能够获得表面平整,无裂纹、气孔等缺陷的制件;熔覆层具有较好的拉伸、冲击强度和较好的韧性;熔覆层沿激光扫描方向(纵向)性能略优于垂直激光扫描方向(横向)的性能。     

基于数值模拟的孔构件挤压强化疲劳寿命预测

为研究飞机机身7050铝合金孔构件挤压强化后的疲劳增益,采用数值模拟与试验研究相结合的方法,对孔构件的挤压强化过程、疲劳加载过程、疲劳裂纹萌生和裂纹扩展过程进行研究。通过数值模拟探究了孔构件在不同状态下危险截面的应力分布和对应的疲劳行为,分析了残余应力场对疲劳性能的影响,探讨了残余应力与疲劳裂纹萌生和裂纹扩展的内在联系,建立了孔构件挤压强化疲劳寿命数值预测模型。结果表明：孔挤压强化引入的残余压应力可以减小孔构件在受载时孔壁最大拉应力,改变疲劳裂纹的萌生位置,抑制疲劳裂纹萌生和裂纹扩展,提高7050铝合金孔构件疲劳寿命近2倍,疲劳寿命数值预测模型误差在12%以内。     

复杂载荷作用下的铝合金裂纹扩展数值模拟

基于Johnson-Cook模型本构方程,在ABAQUS有限元平台上建立含有材料缺陷的铝合金细观区域模型,对在复杂载荷作用下铝合金裂纹扩展进行了数值模拟,分析了裂纹扩展过程及裂纹形成过程。通过对比模型在单一拉应力下裂纹形成,可得复杂载荷作用下对含缺陷材料和结构产生的危害是非常大的,而且在复杂载荷作用下产生裂纹时,很难预判裂纹扩展路径和裂纹扩展起始点。     

高频感应辅助激光熔覆MCrAlY涂层的微观组织及其抗氧化性能

利用高频感应辅助激光熔覆技术在镍基高温合金表面制备了MCrAlY涂层,与激光直接熔覆制备的MCrAlY涂层进行对比研究。采用扫描显微镜、X射线衍射仪及能谱仪对涂层的微观形貌和组织结构进行了分析。结果表明,在高频感应辅助的作用下,涂层的温度场发生了改变,温度梯度降低,涂层中的Al元素有充分的时间上浮,在涂层表面形成了大量的Al2O3陶瓷相,使得涂层的抗氧化性能明显提高。同时,涂层的横截面呈现网状结构,其主相仍以γ-NiCo相为主,而Y元素在黑色区域为富集形态,可以净化晶界,减少由晶界产生内应力,改善涂层的成型性能。     

平面磨削时表层质量过程监测参数的实验研究(2)——磨削表层应力状态的过程监测和预报

磨削表面残余应力状态是影响许多机器零件使用性能的重要表面特性之一。但它极难在磨削过程中进行监测和判断。 在平面磨床上进行大量16MoCr5表面硬化钢的磨削试验证明,磨削表面残余应力σ_Ⅱ与单位面积磨削功率P″_c及磨削力比F_n/F_t间存在很好的函数对应关系,在实验数据的基础上应用回归分析的方法建立了用过程特征参量计算表面残余测定仪应力的实验公式。当P″_c:未超过第二临界值P″_(cⅡ)时,用残余应力模型所计算的数值与由X射线应力测定仪测定的数值相符合。而在超过该临界值P″_(cⅡ)的情况下,由于磨削烧伤引起表面产生二次淬硬层其至裂纹,这时计算所得的高的拉应力值不就能在工件表面测得。 综合本研究课题的第一部分及本文的结果表明,单位面积磨削功率P″_c和磨削力比F_n/F可以作为磨削过程监测和预报表层质量的可靠的过程特征参量应用于生产实践。     

基于ABAQUS的渐开线齿轮齿根裂纹扩展仿真

齿轮在传动过程中经常发生断裂,严重影响了齿轮的使用。本文研究了齿轮齿根裂纹扩展特性,为齿轮安全设计打下基础。通过Pro/E参数化建模建立一对啮合渐开线齿轮,加载一定载荷后通过分析得到最大应力区域、假定裂纹源头和初始裂纹方向;在应力强度因子的计算过程中,从线弹性断裂力学角度出发,应用ABAQUS软件计算得到裂纹尖端应力强度因子;根据最大周向应力法,计算了裂纹失稳后的扩展角,并在ABAQUS中分步模拟了裂纹的扩展趋势;当kI值发生突变后,裂纹迅速扩展以致轮齿断裂。     

基于工作应力仿真分析的某型航空发动机燃-滑油热交换器安装改进思路

为找到航空发动机燃-滑油热交换器焊缝裂纹产生的主要原因,对燃-滑油热交换器进行了稳态工作应力仿真分析,提出一种新的安装思路,并对在新的安装方式燃-滑油热交换器进行了整体和失效部位的工作应力仿真分析。结果表明,新安装方式可以有效改善发动机工作时热交换器的工作应力分布和降低峰值,为降低热交换器工作应力和预防焊缝裂纹找到了有...     

拉扭加载下疲劳裂纹扩展的试验研究

对航空材料LY12CZ进行了多种比例和非比例拉扭双轴加载下的疲劳试验。采用弹塑性有限元方法对缺口孔边的应力应变进行了分析,探讨疲劳裂纹扩展方向与孔边各应力和应变分量之间的关系。比较分析结果与试验数据得出比例加载下,疲劳裂纹基本上在垂直于最大主应变方向扩展。45°及90°非比例加载下,疲劳裂纹沿着最大剪应变平面扩展。     

GH3044高温合金激光熔覆焊接工艺研究

为解决航空发动机高导内机匣裂纹修复问题,采用RRW3040型激光熔覆设备对1.5mm厚的高温合金GH3044进行有间隙对接焊接,对焊接坡口间隙、激光功率、焊接速度三因素进行正交试验,得到的最佳工艺参数为间隙0.5mm、功率600W、焊接速度0.011m/s。对焊接接头进行拉伸强度测试、硬度检测、金相检查、抗弯曲测试。测试结果表明,在最佳工艺参数条件下,可得到熔合良好,无裂纹、较大气孔、夹杂等缺陷的焊接接头,接头拉伸强度平均值可达752MPa,且焊缝区域硬度和热影响区硬度相对于基体硬度的波动值范围均小于10%,焊缝区域保持了良好的塑性。     

激光功率对激光熔覆Ni包WC涂层组织与性能的影响

采用IPG YLS-6000型 大功率光纤激光器在42CrMo合金表面制备Ni包WC涂层，研究激光功率对涂层组织及性能的影响。研究表明:随着激光功率的增大，涂层组织呈粗化趋势;且在激光功率的增大过程中，涂层中WC颗粒逐渐分解为Fe-C化合物，硬度逐渐减小;当激光功率为1 800 W时，显微硬度达到最大值1 050 HV;Ni包WC涂层显著提高了基材的耐磨性，在同等磨损条件下，涂层的磨损量仅为基体试件的1/5，但激光功率对涂层磨损量的影响不大。     

Data Fusion of Multiple Curvature Mode Shapes for Structural Damage Diagnosis

This study aims to develop a reliable method for locating multiple cracks in a beam using data fusion of multiple curvature mode shapes.The identification of multiple damage in beams based on curvature mode shape has become a research focus in recent decades.However,the curvature mode shape method using a single mode carries limited damage information,and fails to reveal all cracks when multiple damage detection is required.To address this limitation,the curvature mode shape method is further enhanced by a data fusion algorithm to fuse damage information in multiple modes.The effectiveness of the method is proved through a numerical case of a beam with multiple cracks.The applicability of the method is experimentally validated by detecting multiple cracks in a composite laminated beam with mode shapes acquired by a scanning laser vibrometer.The results show that the method of fusing multiple curvature mode shapes carries more complete damage information than the traditional one using a single mode,and can successfully locate all cracks in a damaged beam.     

Theoretical and Experimental Investigation of Laser Milling Assisted with Jet Electrochemical Machining

In laser milling assisted with jet electrochemical machining （LMAJECM）, the source of energy is a pulsed laser beam aligned coaxially with a jet of electrolyte, which focuses optical energy on the surface of work- piece. The impact of jet of electrolyte develops a state-of-art work to perform operations such as electrolytic etch- ing, effective cooling, and transportation of debris. Therefore, a special jet cell is designed to obtain stable jet as to be a kind of noneontact tool, i. e. , electrode. According to the theoretical model of on-off pulse time process, laser machining and electrolytic anodization are simulated by finite element analysis （FEA） method. Grooves on a 0.5 mm thick 321 stainless steel sheet produced by LMAJECM is performed with pulsed Nd：YAG laser at the second harmonic wavelength. Compared with laser milling under ambient atmosphere conditions, the recast layer and burrs are effectively diminished. And the accuracy of depth is dedicated to laser milling, whilst that of width is dominated by jet electrochemical machining. It is demonstrated that LMAJECM can be a highly potential approach for fabricating 3-D micro components.     

KrF激光对高速飞片的驱动特性研究

利用诱导空间非相干技术平滑的KrF准分子(248nm)激光驱动带有烧蚀层的平面靶,研究激光空间均匀性对产生完整飞片的影响,结果表明激光不均匀性在2%以下,能够产生完整的高速飞片,且完整飞片能够维持20ns以上不破裂;当激光不均匀性达到5%,激光引入流体力学不稳定性种子应很强,冲击波在靶内输运过程中不稳定性不断发展增强,到靶背时强到足以使飞片解体甚至气化,不能产生完整的飞片。为了获得尽可能高的飞片速度,采用激光与烧蚀层参数不匹配方法,使冲击波对飞片作多次加速。利用功率密度为1012 W/cm2的KrF激光与含50μm Kapton烧蚀层的5μm铝飞片作用,得到速度约10km/s的高速飞片,与模拟结果吻合得很好。     

电磁辅助激光熔化沉积的残余应力

针对激光熔化沉积内部残余应力较大的问题,对其产生的机理作了分析。基于电磁场的应用原理,提出电磁辅助激光熔化沉积以降低其残余应力的方法。利用ANSYS参数化编程语言APDL模拟了电磁辅助激光熔化沉积的过程,分析了成形件残余应力的变化规律,结果表明同步加载轴向电磁力能较好地消减成形件内部残余应力。采用X射线衍射结合电解腐蚀的方法进行深度方向的残余应力测量试验,试验结果验证了电磁辅助的有效性。