熔化
關注創建者：孤鶩與落霞 創建時間：2019-01-21
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Altair Simlab教程：柴油機排氣添加劑在密閉罐內的熔化
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08-增材制造（LMD）
增材制造中的激光熔化沉積（LMD）仿真，采用三款軟件，spaceclaim用于CAD建模，hypermesh用于劃分網格，simufact.welding用于設置求解。
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熔化的實例教程
熔化極氬弧焊熔化極氬弧焊是用填充焊絲作熔化電極的氬氣保護焊。
5.1 熔化極氬弧焊采用焊絲作電極，在氬氣保護下，電弧在焊絲與焊件之間燃燒。焊絲連續送給并不斷熔化，而熔化的熔滴也不斷向熔池過渡，與液態的焊件金屬熔合，經冷卻凝固后形成焊縫。熔化極氬弧焊按其操作方式不同分為熔化極半自動氬弧焊和熔化極自動氬弧焊兩種。
5.2熔化極氬弧焊的特點
熔化極氬弧焊除了具有鎢極氬弧焊的優點外，與其相比還有以下特點：
5.2.1由于用焊絲作為為電極，克服了鎢極氬弧焊鎢極的熔化和燒損的限制，焊接電流可大大提高，焊縫厚度大，焊絲熔敷速度快，所以一次焊接的焊縫厚度顯著增加。
5.2.2采用自動焊或半自動焊，具有較高的焊接生產率，并改善了勞動條件。
5.2.3不僅能焊薄板也能焊厚度，特別適用于中等和大厚度焊件和焊接。
5.2 熔化極氬弧焊的熔滴過渡形式
當采用短路過渡或顆粒過渡焊接時，由于飛濺較嚴重，電弧復燃困難，焊件金屬融化不良及容易產生焊縫缺陷，所以熔化極氬弧焊一般不采用短路過渡或顆粒過渡形式，而多采用噴射過渡形式。
5.3熔化極氬弧焊設備
熔化極半自動氬弧焊設備主要是由焊接電源、供氣系統、送絲機構、控制系統、半自動焊q、冷卻系統等部分組成。
展開 熔化介紹：
熔化是指由固態到液態的相轉變，即晶體從固態的長程有序轉變為液態的長程無序結構的過程，也是材料科學研究中的一個重要相變過程。人們對固體熔化展開了大量深入研究，提出了不同的熔化模型，對熔化的認識也不斷提高。
研究熔化的主要方法包括實驗方法和理論方法。
熔化溫度計算方法：
理論方法主要是采用一些方法計算或模擬熔化過程，從而提出熔化模型，這些計算方法包括分子動力學、蒙特卡洛、晶格動力學、密度函數理論、準諧近似模型及第一性原理等方法。
球殼方法-----計算熔化溫度的思路：
提出過程：
1. 在構建好的體系中挖去一部分原子，人為的制造一些缺陷，因為完美晶體會使計算熔點的誤差增大；
2. 最原始的文獻提出在等溫等壓系綜（NPT）中模擬，接著又有人對這種方法提出了改進，即在等壓等焓系綜中模擬，這種方法基于兩相共存理論，具有明確的物理意義。
具體步驟：
1. 在等溫等壓系綜（NVT）中，構建一個坐標原點為（0，0，0）、半徑為12的球體，先將整個體系在室溫（300 K）下進行一段時間的弛豫（10 ps），時間步長取1 fs;
2. 接著制造一部分缺陷，即挖掉一部分原子，整個體系包含28435 個原子，最后將整個體系在升溫熔化，直至3000 K;
3. 最后在NVT系綜下統計熱力學量。由下圖分析可知，其中（a）-（d）通過可視化程序來觀察整個體系在300 K-3000 K的溫度下演化的過程，很明顯的觀察到在3000 K下已經發生了熔化；從圖（e）中可以看出來熔點大約在1369 K左右，圖（f）可以反映出在3000 K下體系已經處于液態了，MSD隨時間步長呈線性關系。
展開 今天為大家深度解析選區激光熔化技術，相信各位光學人一定從里面獲得更多的收獲吧！選區熔化成形技術是3D打印技術的一種，它打破傳統的刀具、夾具和機床加工模式，根據零件或物體的三維模型數據，通過成型設備以材料累加的方式制成實物零件。
原理
激光選區熔化成形技術是以原型制造技術為基本原理發展起來的一種先進的激光增材制造技術。通過專用軟件對零件三維數模進行切片分層，獲得各截面的輪廓數據后，利用高能量激光束根據輪廓數據逐層選擇性地熔化金屬粉末，通過逐層鋪粉，逐層熔化凝固堆積的方式，制造三維實體零件。
圖1和圖2分別是激光選區熔化成形零件示意圖和原理示意圖。如圖2所示，零件的三維數模完成切片分層處理并導入成形設備后，水平刮板首先把薄薄的一層金屬粉末均勻地鋪在基板上，高能量激光束按照三維數模當前層的數據信息選擇性地熔化基板上的粉末，成形出零件當前層的形狀，然后水平刮板在已加工好的層面上再鋪一層金屬粉末，高能束激光按照數模的下一層數據信息進行選擇熔化，如此往復循環直至整個零件完成制造。
圖1 激光選區熔化成形零件示意圖
圖2 激光選區熔化成形基本原理示意圖
特點
圖3為激光選區熔化成形技術制造的零件。激光選區熔化成形技術突破了傳統制造工藝的變形成形和去除成形的常規思路，可根據零件三維數模，利用金屬粉末無需任何工裝夾具和模具，直接獲得任意復雜形狀的實體零件，實現“凈成形”的材料加工新理念，特別適用于制造具有復雜內腔結構的難加工鈦合金、高溫合金等零件。
展開 關鍵詞：CP2K；金屬 ；熔化；銅棒；分子模擬
銅（Cu）因其優異的導熱、導電性能被廣泛應用于電子器件與高溫換熱部件。熔化是銅加工和再制造的核心環節，但宏觀實驗難以直接捕捉原子尺度的熱振動與結構演變。分子動力學模擬可以在皮秒-納秒時間尺度上“放大”熔化過程，為合金設計、焊接工藝及失效分析提理論支撐。本案例基于CP2K軟件，模擬金屬銅棒在高溫下的熔化過程。
初始模型的構建
啟動VMD，首先通過VMD的Extensions-Modeling-Inorganic Builder模塊構建金屬銅棒模型，構建的銅棒如圖1所示：
圖1 金屬銅棒模型模型結構
在CP2K的輸入文件中任務類型選擇MD，理論方法采用FIST（分子力場），采用NVT系綜，熱浴采用CSVR，溫度設為200K，熱浴TIMECON設為500，步數STEPS設為20000，設置EAM勢描述Cu原子之間的相互作用，另外將銅棒底部z<50埃的部分進行固定，部分輸入文件如圖2和圖3所示：
圖2 CP2輸入文件中關于理論方法和系綜的設置
圖3 CP2輸入文件中關于Cu的EAM勢的設置
模擬結果討論
將cp2k的輸入文件和Cu的EAM勢參數文件放在同一目錄下提交計算。模擬結果如圖4所示。可以看到，隨著模擬的進行，加熱的金屬銅棒逐漸開始熔化。由于表面張力的作用，熔化部分最后會形成球形。
圖4 銅棒2000 K高溫熔化過程的結構變化
圖5 模擬20ps后銅棒俯視圖
結語本案例通CP2K分子動力學模擬，成功實現了高溫下金屬銅棒的熔化過程。
展開 視頻：粉末在激光作用下發生變化的過程
本期，安世亞太的仿真專家借助離散元分析軟件Rocky和計算流體動力學分析軟件Ansys Fluent 對激光選區熔化鋪粉過程及單道熔覆層的形成過程進行仿真分析，并在一定工況范圍內研究了激光功率、激光掃描速度和鋪粉層厚這三個參數對打印熔池及單道熔覆層的影響，該仿真過程的實現可以更直觀的研究激光選區熔化制備機理并為相關工藝參數優化提供指導。
通過對激光選區熔化激光與粉末的相互作用，單道熔池內金屬熔體的流動過程，相應工藝條件下熔池的形態及最終熔覆層的特性進行研究可以深入理解SLM制備機理，并可對SLM制備工藝設計和優化提供指導。
離散元分析可以對撒粉和鋪粉過程進行模擬，從而建立粉末床模型；選區激光熔化SLM金屬3D打印熔池及單道熔覆層的形成過程仿真可以采用計算流體動力學分析實現。
加工原理及粉末床模型的建立
激光選區熔化（Selective Laser Melting；SLM）樣品制備過程中以激光作為能量源熔化粉末形成熔池，且熔池內的金屬會產生流動，隨著激光的移開，熔池凝固形成了單道熔覆層。熔池及單道熔覆層的特性影響著最終所制備零件的質量。
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熔化的最新內容
基于CP2K模擬銅棒的熔化2個月前
可以看到，隨著模擬的進行，加熱的金屬銅棒逐漸開始熔化。由于表面張力的作用，熔化部分最后會形成球形。
圖4 銅棒2000 K高溫熔化過程的結構變化
圖5 模擬20ps后銅棒俯視圖
結語本案例通CP2K分子動力學模擬，成功實現了高溫下金屬銅棒的熔化過程。
切割時必須控制進刀速度，避免因摩擦過熱導致塑料熔化或鍍層崩裂。
（2）樣品鑲嵌：由于塑料基體較軟，且鍍層極薄（預計在幾微米到幾十微米之間），直接手持研磨無法保證截面垂直于鍍層表面，也無法保護鍍層邊緣不被磨圓。因此，必須進行鑲嵌。
將切取的試樣按檢測面向下的原則，平放在圓柱形模具底部。然后，將調配好的冷鑲嵌樹脂（如環氧樹脂與固化劑的混合物）緩慢注入模具，直至完全淹沒試樣。
熱穩定性
陶瓷在鋼會熔化、鋁會變形的溫度下仍能保持其結構完整性。
電絕緣性
非常適合半導體制造和高壓應用，在這些應用中，導電會導致故障。
硬度的挑戰：硬度與脆性
陶瓷CNC加工的決定性特征是與脆性的斗爭。金屬可以被切削；陶瓷必須被研磨。特種陶瓷的硬度通常超過 1500 HV（維氏硬度），比標準硬質合金刀具還要硬。
圖2：電機支架是使用粉末基SLM（選擇性激光熔化）工藝制造的。該過程所需的支撐結構可以很容易地拆除，以便立即提供即裝即用的解決方案。
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在 [材料精靈] (Material Wizard) 中將最后區域溫度定義為熔化溫度，然后將其他區域指定為從最后區域溫度開始減少的溫度。然而，用戶可以修改這些溫度以反映機器上的真實料管溫度。
整個過程中不會發生熔化，產生的溫度始終低于所連接金屬的固相線溫度。攪拌摩擦焊相較于傳統焊接技術具有諸多優勢，并已在航空航天、汽車和造船等行業成功應用。
在攪拌摩擦焊過程中，熱行為和機械行為是相互依存的。由于溫度場會影響應力分布，因此本示例采用了一個完全熱機械耦合模型。該模型由具有結構和熱自由度的耦合場實體單元組成。模型包含兩塊矩形鋼板和一個圓柱形工具。
FLOW-3D WELD 應用于異種金屬焊接時，可以觀察下列現象
熔池內的金屬混合情況
熔池的穩定性
孔隙
異種金屬焊接的挑戰
不是所有的金屬都能應用
需要考慮：溶解度、熱膨脹、熔化速率、金屬間化合物、腐蝕性等問題
異種金屬激光焊接示意圖
作為金屬增材制造集成解決方案的全球供應商，該公司被認為是選區激光熔化技術的先驅。其創新技術被廣泛應用于各行各業，包括汽車、能源、工具制造和航空航天，其中整個渦輪機部件都可以通過3D打印實現。
使用3Dfindit企業版進行數據遷移
在引入新的PLM和CAD軟件時，Nikon SLM Solutions曾面臨著數據遷移的挑戰。
一期一會 | 什么是顯式動力學？6個月前
顯式動力學仿真可以處理焊料熔化、在表面張力下流動然后固化時的高度非線性材料行為。
上述只是顯式動力學軟件工具的幾個常見應用，其他應用領域包括：
國防應用，尤其是涉及彈藥和裝甲的應用。Ansys Autodyn軟件是解決這類問題的出色工具。
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1.熔化溫度設定：
此顯示熔化溫度的相關設定。內容包含 螺桿溫度 和 圖片，點擊以放大。
2.開 / 關模：
此顯示開/關模的相關設定。
