熔覆
關注創建者：琳泓comsol 創建時間：2021-01-07
熔覆的視頻教程
繞圓柱路徑的激光焊接/熔覆/修復案例講解
纏繞圓柱體路徑的高斯移動熱源熔覆案例，詳細講解了如何快速制作繞圓柱的“生死單元”模型，通過加載APDL和生死單元設置對圓柱管進行修復仿真。 課程分為兩節。 第1節主要講解如何快速地進行繞圓柱熔覆的生死單元建模； 第2節主要講解在workbench中，對纏繞圓柱路徑的激光熔覆仿真進行詳細講解。
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Comsol熱流相變+動網格仿真激光熔覆
激光熔覆（Laser Cladding）亦稱激光熔敷或激光包覆，是一種新的表面改性技術。它通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成冶金結合的添料熔覆層。 本次分享的案例采用comsol的熱流相變+動網格仿真激光熔覆 注意：為了增加相變界面的平滑，需要加密網格導致計算需求資源較大。
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熔覆的實例教程
一.激光熔覆特點
1.技術特點
激光熔覆最重要的特點是熱量集中、加熱快、冷卻快、熱影響區小，特別對不同材質之間熔融有著其它熱源無法比擬的特點，也正是這一特殊的加熱和冷卻過程，在熔鑄區域產生的組織結構也不同于其它熔覆（如噴焊、堆焊、普通焊接等）手段，甚至可以產生非晶態組織，特別是脈沖激光更為明顯。
這就是所謂激光熔覆無退火、不變形的原因，但我以為，這只是從工件整體宏觀講，而當你對熔覆層和熱影響區進行微觀分析時，你會看到另一種景象。
2.設備特點
激光熔覆，目前國內采用兩種機型：CO2激光器和YAG激光器。前者為連續輸出，熔覆功率一般在3KW以上；YAG激光為脈沖輸出，一般在600W左右。
對于設備，一般使用者很難吃透，嚴重依賴生產方的服務，購買價格昂貴，維護成本、零部件價格很高，再加上設備穩定性和耐受性與國外比較普遍都有差距，因此，激光熔覆機一般用在特殊領域，普通工業制造、維修領域難有效益。
3.工藝特點
（1）前期處理
激光熔覆，一般只需將工件打磨干凈，除油，除銹，去疲勞層等，比較簡單。
（2）送粉
CO2激光器功率較大，一般用氬氣送粉；YAG激光功率小，一般用自然落粉的方式。這兩種方式在熔覆時都基本在水平位置形成熔池，傾斜稍大粉末便不能正常送達，激光的使用范圍受到限制，特別是YAG激光器。
（3）從熔池形成的狀態看
由于激光的控制精度高，輸出功率恒定，且沒有電弧接觸，所以熔池大小深度一致性好。
（4）加熱快、冷卻快
影響金屬相形成的均勻度，也對排氣浮渣不利，這也是造成激光熔覆形成氣孔、硬度不均的重要原因，特別是YAG激光傾向更嚴重。
（5）材料選擇
由于不同材料對不同波長激光的吸收能力不同，造成激光熔覆材料選擇限制較大，激光更適于鎳基自熔性合金等一些材料，對碳化物、氧化物的熔覆更困難一些。
展開 激光熔覆與工業中常用的堆焊、熱噴涂和等離子噴焊等相比，激光熔覆有著下列優點：
基體與熔覆層結合強度高、熱影響區小、熔覆層與基體晶粒細小效率高、節約昂貴材料、可制備梯度功能材料、激光熔覆技術可控性好，易實現自動化控制，覆層質量穩定。
超高速率熔覆技術是通過同步送粉添料方式，利用高能密度的束流使添加材料與高速率運動的基體材料表面同時熔化，并快速凝固后形成稀釋率極低，與基體呈冶金結合的熔覆層，極大提高熔覆速率，顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等工藝特性的工藝方法。
適用于電力、航空、航天、兵器、核工業、汽車制造業中需要改善性能的零件。根據工件的工況要求，熔覆各種設計成分的金屬或者非金屬，制備耐熱、耐磨、耐腐蝕、抗氧化、抗疲勞或具有光、電、磁特性的表面覆層。
超高速激光熔覆技術是一種經濟效益很高的新技術，它可以在金屬基材上制備出高性能的合金表面而不影響基體的性質，降低成本，節約貴重稀有金屬材料，因此，世界上各工業先進國家對激光熔覆技術的研究及應用都非常重視．
熔覆工藝：激光熔覆按熔覆材料的供給方式大概可分為兩大類，即預置式激光熔覆和同步式激光熔覆。
預置式激光熔覆是將熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束輻照掃描熔化，熔覆材料以粉、絲、板的形式加入，其中以粉末的形式最為常用。
同步式激光熔覆則是將熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同時完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用線材或板材進行同步送料。
預置式激光熔覆的主要工藝流程為：基材熔覆表面預處理－－－預置熔覆材料－－－預熱－－－激光熔化－－－后熱處理。
同步式激光熔覆的主要工藝流程為：基材熔覆表面預處理－－－送料激光熔化－－－后熱處理。
展開 摘 要：為了研究同軸送粉TIG熔覆過程電弧的溫度場、流場、電勢分布及粉體顆粒運動軌跡，根據磁流體動力學理論建立了二維仿真模型，利用COMSOL軟件對TIG熔覆電弧和粉體顆粒運動軌跡進行數值模擬。模擬結果表明：電弧形態呈鐘罩形、氣體流動穩定、粉體顆粒利用率高；為了驗證仿真結果的準確性，開展了同軸送粉TIG熔覆試驗。試驗結果表明：焊縫平直無明顯缺陷，實際電弧形態與模擬結果高度一致。通過金相顯微鏡對熔覆層進行觀察，可以清晰地看出熔覆層內部組織均勻、致密。
關鍵詞：TIG熔覆;同軸送粉;COMSOL軟件;數值模擬;顯微組織;
在現代工業生產中，金屬件表面經常會出現磨蝕、磨損等現象，嚴重影響機械設備的性能和壽命[1]。因此，提高金屬件表面的耐磨性成為迫切需要解決的問題。焊接熔覆通過在受損部位表面熔覆一層硬度高、耐磨性好的涂層，重新形成新的表面，從而修復和改善機械設備的表面性能[2,3,4]。
目前常見的焊接熔覆技術主要有：激光熔覆技術、等離子熔覆技術和TIG熔覆技術等。其中，激光熔覆技術所需的設備費用高昂且熔覆層的寬度小[5,6]；等離子熔覆的熔覆率低，對環境要求高[7,8];TIG熔覆具有熔寬大、熔深淺等優點，特別適用于工件表面的焊接修復[9,10,11]。
展開 激光熔覆（Laser Cladding）是一種表面改性技術，是金屬增材制造中廣泛使用的一種技術。激光熔覆通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結合的熔覆層。
激光熔覆技術是一種經濟效益高的技術，它可以在廉價金屬基材上制備出高性能的合金表面而不影響基體的性質，降低成本，節約貴重稀有金屬材料。與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點，而且可控性好，可實現三維自動加工，加工質量高。但是在激光熔覆的制造過程中仍存在一些不可預測的失敗的情況。
根據3D科學谷的了解，日前有研究人員發表了題為“On the role of capillary and thermo capillary phenomena on microstructure at laser cladding.” (激光熔覆微結構中毛細和熱毛細現象的作用) 的論文，提出了一種可用以優化和規劃激光熔覆工藝的方法。
一種預估熔覆層微觀結構的模型
研究人員認為激光熔覆過程中熱質傳遞的直接數值模擬（DNS）是該技術中尋求最佳加工參數的經濟有效的方法。應用DNS，可以在工藝規劃階段就識別失敗區域，提高激光熔覆增材制造的質量和靈活性。
研究人員開發了一種耦合的熔覆模型，可以幫助他們模擬出熔覆層的微觀結構，充分研究激光作用后的流體動力學現象，同時研究熔體和基底的已知接觸角對其的影響。
根據Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami（KJMA）方程，動力學過程具有不均勻的成核和生長速率，該模型研究了熔融粉末在具有不同接觸角度的基底上的擴散，進而優化激光熔覆工藝。
展開 超高速激光熔覆技術制備液壓活塞桿耐蝕涂層
一個是在高性能3D打印用金屬粉末材料方面有著雄厚的理論研究和技術基礎，在關鍵技術上處于國內領先國際先進水平；一個是國際上最頂尖的應用型激光技術研究所之一，在激光增材制造、激光熔覆、激光材料加工等方向取得了杰出成果。2013年，經過深度交流，雙方一拍即合，隨即開展了聯合研究工作。
今年，在德國弗勞恩霍夫應用促進協會年度科學技術獎勵大會中，超高速激光熔覆技術榮獲了Fraunhofer科技創新獎。這一獎勵表明，該技術在工程產業中實現推廣應用，是增材制造領域革命性的突破。與此同時，今年中國機械科學研究總院與德國弗勞恩霍夫激光技術研究所共同申請承擔了國家重點研發計劃戰略性國際科技創新合作重點專項——“大型金屬構件超高速激光熔覆及其粉末制備關鍵技術研究與示范應用”項目。其中，德方負責裝備開發，中方負責工藝與材料開發，并分別在國內外典型產品上實現應用。
王淼輝表示：“通過中德合作，我們引進吸收德國先進制造裝備與技術，針對中國市場的產品特色開發相應的配套材料與工藝，同時將我們的粉末產品銷往歐洲。這一優勢互補可進一步推動超高速激光熔覆技術在‘一帶一路’沿線國家的應用。”
成果轉化市場前景廣闊
“我們希望用超高速激光熔覆技術直接對接中國的市場需求，實現綠色先進制造，在節省生產成本的同時，提高產品的使用周期。”這正是洪臣選擇來中國的初衷。他介紹：“普通的激光熔覆技術速率是0.5—2米/分鐘，而超高速激光熔覆技術可達到50—200米/分鐘，鍍層速度至少提高了100倍。超高速激光熔覆技術的另一個優點是：目前可以在零件表面制備大規模的同成分涂層，這將有可能生產出在生命周期內不會磨損的創新零件。”
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COMSOL激光熔覆熔池演化模型2個月前
<p>COMSOL熔池形態演化仿真模型。考慮了相變、反沖壓力、表面張力和馬蘭格尼效應。</p><p>物理場：動網格+層流+流體傳熱。</p><p>僅提供模型（不包含結果文件）與參考文獻！</p><p>COMSOL版本：6.4</p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center
這是一個增材制造的教學案例(適用于3D打印、激光熔覆、焊接等領域)。聲明:本cae文件為abaqus2016版本，所以僅適用于2016及以上的版本，但是在最后的壓縮包中添加了inp文件，inp文件不受版本限制，同時python腳本文件及for熱源子程序文件不受版本限制。
3.模型為單軌道熔覆案例，對于需要控制多軌道的仿真，技術都是一樣的。
4.包含laser NT案例的操作幫助視頻。
(咨詢QQ:773611784)
<p>comsol增材制造 激光熔覆 雙道單層 雙道雙層 活化 熱固耦合 </p><p>結果：溫度場、應力場</p><p>付費內容含comsol雙道單層、雙道雙層兩個模型、可供學習參考、按需購買</p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image
超聲輔助激光熔覆利用高能超聲波在熔體中產生的非線性效應，如超聲空化和聲流效應等，來改善熔池內增強體與熔體的潤濕性，促使增強體在熔體中均勻分布。同時，聲流攪拌作用將空化效應產生的晶核擴散至整個熔池中，有效提高了形核率，均化了溫度梯度和成分分布，降低了偏析程度。這種結合了激光熔覆和超聲振動的技術，可以提高熔覆層的質量和性能。
Wire Based Laser Metal Deposition (LMD)
基于激光熔覆技術的焊接加工技術
零件是通過使用激光束熔化金屬絲而制成，是一種近凈成形方法
通過優化激光功率、送絲速度和送絲方向，可以實現工藝穩定性
金屬板激光匙孔焊接中鈕扣孔缺陷的熔池分析
Won-ik Cho, Peer Woizeschke
本案例由東北大學 (Northeastern University) 與新加坡國立大學(National University of Singapore) 共同完成，研究目標在于了解工藝參數對于熔覆路徑幾何形狀的影響。
<p>comsol雙橢球熱源激光熔覆仿真模型。激光熔覆粉末沉積過程中，快速熔化凝固和不同比例粉末的導致了熔池中復雜的流動現象。以及熱行為對凝固組織和性能有顯著影響。通過三維數值模型來模擬在316L上激光熔覆過程中的傳熱、流體流動、凝固過程。僅提供模型，按需購買！
熱-固耦合
熱-固耦合模擬方法關注成形過程中熔覆沉積材料、基板的溫度分布以及與溫度變化相關的內應力/變形演化過程，不考慮熔池內部的流動和對流傳熱,通常采用有限元法進行求解。該方法結合適當的簡化，可應用于宏觀尺度大型復雜零件的模擬。
目前常見的焊接熔覆技術主要有：激光熔覆技術、等離子熔覆技術和TIG熔覆技術等。其中，激光熔覆技術所需的設備費用高昂且熔覆層的寬度小[5,6]；等離子熔覆的熔覆率低，對環境要求高[7,8];TIG熔覆具有熔寬大、熔深淺等優點，特別適用于工件表面的焊接修復[9,10,11]。
