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上篇 加工设备篇—激光同轴喷嘴2

第1章 绪论2

1.1激光再制造技术2

1.2送粉方式3

1.2.1侧向送粉3

1.2.2同轴送粉4

1.3同轴送粉喷嘴5

1.4喷嘴气体流场6

1.5喷嘴粉末流场9

参考文献11

第2章 喷嘴气体保护范围13

2.1温度场13

2.1.1物理模型14

2.1.2热传导方程15

2.1.3初始条件和边界条件15

2.1.4激光热源16

2.1.5相变潜热17

2.1.6材料的热物性参数18

2.1.7表面吸收系数19

2.1.8有限元模型19

2.1.9结果分析20

2.2保护范围21

2.2.1激光功率对保护范围的影响22

2.2.2扫描速度对保护范围的影响23

2.2.3保护范围24

参考文献24

第3章 喷嘴流场实测方法25

3.1喷嘴气流PIV实测25

3.1.1 PIV测速基本原理25

3.1.2 PIV系统27

3.1.3喷嘴气体流动系统29

3.1.4 PIV测试方案29

3.1.5实测结果30

3.2喷嘴气流烟雾流动显示33

3.2.1气体流动系统34

3.2.2流动显示系统34

3.2.3侧吹气流系统34

3.2.4烟雾流动显示方法35

3.2.5实测结果36

3.3喷嘴粉末流动37

3.3.1粉末浓度分析原理38

3.3.2实测结果38

参考文献39

第4章 喷嘴气体流场40

4.1紊流模型40

4.2控制方程41

4.2.1标准k-ε模型41

4.2.2 RNG k-ε模型42

4.3计算区域及边界条件43

4.3.1同轴射流及同轴冲击射流43

4.3.2工件边缘和侧风44

4.3.3壁面边界45

4.4网格划分及数值解法45

4.4.1网格划分45

4.4.2数值解法46

4.5计算模型验证46

4.5.1同轴射流46

4.5.2同轴冲击射流48

4.5.3误差原因分析51

4.6喷嘴气体流动特征51

4.6.1同轴射流51

4.6.2同轴冲击射流53

4.7气流速度变化对流场稳定性的影响54

4.8工艺参数对喷嘴气体保护性能的影响55

4.8.1喷嘴气流速度56

4.8.2喷嘴距工件表面距离56

4.8.3工件位置57

4.8.4侧向气流和喷嘴移动58

参考文献59

第5章 喷嘴粉末流场60

5.1气固两相流模型60

5.2粉末流模型61

5.3气固两相流场求解62

5.3.1气相流场的求解62

5.3.2粉末颗粒受力分析63

5.3.3粉末颗粒的紊流扩散64

5.3.4气相和颗粒相的相互作用65

5.4金属粉末颗粒特性66

5.5边界条件及网格划分68

5.5.1气体-粉末流的边界条件68

5.5.2网格划分68

5.5.3 Fluent软件中的假设69

5.6粉末流场计算模型验证69

5.7喷嘴结构参数对粉末流参数的影响72

5.7.1粉末通道锥角73

5.7.2粉末通道出口宽度74

5.8送粉参数对粉末流参数的影响75

5.8.1送粉量75

5.8.2载气速度76

5.8.3喷嘴中心及外环气流速度77

5.9工件形状对粉末流的影响78

参考文献80

中篇 改性修理篇——激光梯度去应力改性修理技术82

第6章 绪论82

6.1 FGM的概念83

6.2 FGL的设计85

6.3 FGL的制备86

6.4 FGL的性能评价87

6.5 FGL的应用前景和存在的问题87

参考文献88

第7章 FGL物系及结构优化设计89

7.1 FGL物系设计89

7.2 FGL结构优化设计91

7.2.1成分分布及几何模型92

7.2.2物性参数93

7.2.3有限元模型94

7.2.4初始条件和边界条件94

7.2.5模拟结果分析96

参考文献99

第8章 FGL激光直接制备100

8.1工艺参数设计100

8.2工艺参数对单道单层质量的影响102

8.3工艺参数对单道多层质量的影响103

8.4工艺参数对多道单层质量的影响103

8.5工艺参数对多道多层质量的影响105

8.6 FGL的制备105

参考文献107

第9章 FGL组织和相结构108

9.1微观组织108

9.1.1 FGL单道单层截面形貌108

9.1.2 FGL微观组织110

9.1.3凝固过程和晶体结构对增强体TiC生长形态的影响113

9.2生成相114

参考文献116

第10章 FGL性能评价117

10.1力学性能测试117

10.2常温耐磨性能测试118

10.2.1强化机制119

10.2.2摩擦磨损机制120

10.3常温腐蚀测试122

10.3.1 EXCO溶液全浸实验122

10.3.2在海水溶液中的电化学行为123

10.4高温腐蚀性能测试129

10.4.1高温腐蚀动力学129

10.4.2 XRD相结构分析131

10.4.3 FGL和Ti600基体腐蚀产物显微结构分析133

10.4.4高温腐蚀机理分析134

10.5高温氧化性能测试140

10.5.1恒温氧化动力学140

10.5.2 XRD相结构分析143

10.5.3 FGL和Ti600基体氧化层显微结构分析145

10.5.4高温氧化机理分析146

10.6抗热震、热疲劳测试152

参考文献155

下篇 控性修理篇——激光定向凝固控性修理技术158

第11章 绪论158

11.1定向凝固的晶体学原理159

11.2定向凝固界面形态160

11.3定向凝固合金的微观组织及形成机理163

11.4晶粒定向生长理论计算164

11.5快速定向凝固技术165

参考文献167

第12章 定向凝固熔覆层柱状晶几何参数的影响因素169

12.1扫描速度对柱状晶几何参数的影响170

12.1.1影响规律170

12.1.2关联分析170

12.2电流对柱状晶几何参数的影响175

12.2.1影响规律175

12.2.2关联分析176

12.3脉宽对柱状晶几何参数的影响177

12.3.1影响规律177

12.3.2关联分析177

12.4频率对柱状晶几何参数的影响178

12.4.1影响规律178

12.4.2关联分析178

12.5定向凝固边界条件180

12.5.1激光功率密度180

12.5.2搭接率182

参考文献183

第13章 熔覆层组织和结晶取向185

13.1横向显微组织185

13.2纵向显微组织186

13.3三维立体成型187

第14章 基材结晶方向的影响189

14.1非择优取向189

14.2非定向凝固基材190

第15章 合金元素对熔覆层柱状晶组织的影响192

15.1 Mo对柱状晶组织的影响192

15.2 Al对柱状晶组织的影响194

15.3 Fe对柱状晶组织的影响195

15.4 Ti对柱状晶组织的影响196

15.5 W对柱状晶组织的影响198

15.6关联分析200