激光熔覆技术：comsol激光熔融与生死单元活化之单道多层模型研究,"探究COMSOL激光熔覆技术、激光选区熔融与生死单元、活化效果及单道多层模型应用",comsol激光熔覆，激光选区熔融， 生死单元，活化，单道多层模型 ,comsol激光熔覆; 激光选区熔融; 生死单元; 活化; 单道多层模型,激光熔覆与选区熔融技术：生死单元活化与单道多层模型 激光熔覆技术是一种表面工程技术，它通过高能密度的激光束将金属粉末或丝材熔化，在基体材料表面形成一层具有特定功能的涂层。这种技术可以用于修复磨损或损坏的零件，改善表面的耐腐蚀性、耐磨性或其它性能。在激光熔覆过程中，COMSOL这一有限元分析软件可以用来模拟熔覆过程中的热传递、流体流动和材料相变等复杂物理现象。 激光选区熔融（Laser Selective Melting, LSM）是一种增材制造技术，属于3D打印的一种形式，能够逐层熔化金属粉末，按照CAD设计模型构建出复杂的三维零件。这项技术的关键在于能够精确控制激光能量，实现零件的快速成型和高度定制。 在激光熔覆与激光选区熔融技术的研究中，生死单元的概念是一个重要的概念。生死单元是指在有限元分析中，为了模拟材料的添加和移除而使用的一种单元激活与去激活的策略。在模拟激光熔覆的过程中，随着激光扫描路径的移动，单元的状态随之改变，从而模拟出材料的添加过程。这一策略对于理解材料的层间结合、热应力分布以及最终形成的涂层质量具有重要意义。 活化效果通常指的是在激光熔覆过程中，基材表面经过激光照射后，活性增加，有利于新涂层材料的附着。活化效果的优劣直接影响到熔覆层与基材之间的结合强度。 单道多层模型是指在激光熔覆中，每一层的熔覆轨迹通常由一单一路径组成，而多层则是指由多道这样的路径叠加以形成整个涂层。这种模型有助于研究每一层沉积过程中材料的温度、应力和形变等参数的变化，从而优化熔覆过程和提高涂层的质量。 本文的研究重点在于探讨COMSOL软件在激光熔覆技术中的应用，特别是对于生死单元的活化效果以及单道多层模型的研究。通过对这些关键技术点的深入分析，可以进一步揭示激光熔覆过程中的物理机制，为实际应用中的工艺参数优化提供理论依据。

针对送粉式激光熔覆的特点，基于生死单元法建立了一种可以同时计算瞬态温度场及熔覆层几何形貌的三维数值模型，模型中考虑了送粉过程中激光能量的衰减和粉末颗粒的温升。基于该模型对送粉式激光熔覆过程中的温度场分布和几何形貌特点进行了分析。结果表明，在熔覆开始较短时间后，工件的瞬态温度分布与熔覆层几何形貌基本保持稳定。进行了不同送粉速率下的送粉式激光熔覆试验，对比了熔覆层横截面几何形貌的试验结果和计算结果，熔覆层表面轮廓线与试验结果基本保持一致，熔覆层的宽度、高度和熔深与试验结果基本吻合，说明了所建立的激光熔覆层几何形貌计算模型的有效性和可靠性。

本文以激光熔覆技术为基础,阐述了激光熔覆技术在煤矿液压支架立柱再制造中的应用,再制造就是旧的机械设备发展趋势,经过再制造的产品无论是性能还是寿命均可以达到或超过新品。不仅能延长产品的使用寿命、提高产品技术性能,还有很高的社会和附加值。再制造以最低的成本、最少的能源和资源消耗来达到产品的"全寿命周期",是目前国家大力发展和扶持的产业。

Nb4Si含量对激光熔覆Ti-Fe合金涂层组织和性能的影响，王锐，王存山，采用激光熔覆技术，在TA15钛合金表面制备了具有不同Nb4Si添加量的Ti-Fe合金涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计、纳米压痕仪

激光熔覆零件的显微组织、应力/应变分布由加工过程的温度场决定。利用ANSYS有限元分析软件分别对长路径、短路径、螺旋路径条件下45钢基板表面激光熔覆316L不锈钢粉末的物理过程展开数值模拟,求解温度场。认为扫描路径会对熔覆零件的温度分布产生重要影响,短路径扫描容易使热量在局部区域集中,基板长边方向温差较大,宽边方向温度平均;长路径扫描的温度场特征则反之;在螺旋路径条件下,基板宽边方向端部和中心区域的温度波动较为分散,受激光束热影响的程度弱。

基于人工神经网络(ANN)技术,采用MATLAB作为开发平台,建立了激光熔覆参数与熔覆层特征及性能之间的关系模型。模型以激光功率、扫描速度、光斑直径、涂层成分配比作为输入参数,以熔覆层硬度、熔覆层宽度和高度作为输出参数,对熔覆层的特征与性能进行了预测。结果表明,该模型的平均误差较小,网络训练后检验精度较高,具有较好的预测能力。该模型能够用于预测铝合金表面激光熔覆层的特征与性能。

基于热-结构间接耦合非线性有限元分析，在不同的激光工艺参数下，利用ANSYS生死单元技术对激光熔覆的温度场和应力场进行了数值模拟，研究了激光功率和扫描速度对温度场和应力场分布规律的影响。结果表明，通过分析有限元模型的温度分布规律和试件金相组织的形貌特征，验证了该模型的可靠性；熔覆层温度变化分为脉冲式急速上升和呈双曲线形状下降两个阶段；沿激光扫描方向，熔覆层表面多个节点的温度-时间曲线具有逐渐增大的峰值；熔覆层与基体结合面中部沿Z轴方向，靠近固定端应力较大，基底中部沿X轴方向应力呈W状对称分布，自由端中部沿Y轴方向，熔覆层和基体结合处易产生应力集中和突变。

利用有限元软件ABAQUS对激光熔覆成形的过程进行了数值仿真模拟,建立了激光熔覆成形温度场的传热数值仿真模型,并对仿真结果进行了分析。进行试验验证,预测结果与试验测量结果能较好的吻合,最大误差不超过8%,这表明所建温度场数值仿真模型合理。因此可用该数值仿真模型分析激光熔覆工艺参数对温度场的影响,以及模拟计算熔覆层的高度和重熔深度,从而为激光熔覆成形的应用提供了理论和技术支持。

建立了基于CCD摄像机的激光熔覆过程检测系统，得到熔池的动态变化过程。从动态视频中读取每祯数字图像，获得稳定的熔池区图像。对熔池图像处理的算法进行研究，得到清晰准确的熔池形貌边缘;提取熔池中心，得到单道熔覆层熔池的相对高度变化，能够近似表征沉积表面的起伏。在图像采集卡与计算机图像处理单元互相通信和采集软件模块的基础上进行连续视频图像实时处理程序的开发，在0.2 s内完成对图像的采集处理工作，为获得精确的熔池位置偏差和激光熔覆过程控制提供了检测基础。

将反馈型(BP)神经网络和遗传算法(GA)相结合用于激光多层熔覆厚纳米Al2O3-13%TiO2(质量分数)陶瓷涂层的工艺参数优化，根据3因素3水平正交试验结果对神经网络模型结构进行训练，建立了熔覆工艺参数(熔池闭环控制温度、超声振动频率及保温箱预热温度)与涂层性能(结合强度和显微硬度)之间的遗传神经网络预测模型。在此基础上，采用遗传算法对纳米陶瓷涂层结合强度和显微硬度进行了单目标和多目标参数优化。结果表明，遗传神经网络模型预测值与试验值误差较小，相对误差不超过2.5%。遗传算法优化的涂层最大结合强度和显微硬度分别为70.7 MPa和2025.5 HV；在结合强度和显微硬度两者权重相同的情况下，当熔池闭环控制温度为2472.0 ℃、超声振动频率为31.9 kHz和保温箱预热温度为400 ℃时涂层综合性能最优，对应的结合强度和显微硬度分别为69.1 MPa和1835.5 HV。