單道的案例
增材專欄 l 選區激光熔化SLM金屬3D打印的熔池及單道熔覆層仿真分析
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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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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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。
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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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ABAQUS低碳鋼薄板單道堆焊焊接變形的數值模擬
Moldex3D模流分析之怎樣改善單穴閥式熱澆道之流動不平衡及型蕊偏移現象
第一部分，如圖三所示，分別以兩種熱流道形式觀察轉角溫度效應造成的流動不平衡，結果發現使用TypeA單流閥針，會導致內外兩側溫度分布差異，使熔膠在流道內發生轉角效應，導致流動并非完全平衡。而使用Type B雙流閥針式平衡度即獲
得改善，成功改善流動不平衡缺陷。
圖三 不同流道形式之溫度與流動波前比較
在第二部分，為了解決公模仁翹曲現象，團隊分別觀察模具鋼材、公模仁平移與正反操作側模溫對型芯偏移之影響。如表一 所示，以2234模具鋼材對型芯偏移之翹曲量最小，且透過公模仁材質與流動平衡分析，以2234流動平衡之結果最好，流動差異在80%以后趨于明顯，而內外兩側模腔內壓差異亦在此階段發生，如圖四所示。
圖四 公模仁材質與流動平衡分析
表一 不同模具鋼材與型芯偏移之翹曲量
其次，透過公模仁平移，母模固定不動，如圖五所示，利用墊片將公模仁沿Ｙ方向調整，使原本平均肉厚的模型空間產生肉厚差異變化，并透過公模仁位移觀察流動結果。結果如圖六所示，在原始狀態未進行偏移時，包封位于+Y方向中間位置，公模仁位移-0.08mm后，包封位移到-Y方向且縫合線會合角度明顯變大，減少包封情形進而控制公模仁翹曲的情形。
圖五 公模仁往-Y方向平移
圖六 公模仁位移對流動結果影響
透過調整正反操作側模溫差異產生對型芯偏移的影響，模具設計時間將正反操作側水路設定為獨立循環(如圖七所示)，以利兩側模溫獨立控制。原始兩側模溫設定為50℃，透過調整正反操作側溫度觀察，當操作側溫度為40℃反操作側溫度為49.9℃時，流動波前落差明顯改善，解決包封問題(如圖八所示)。
展開 鎳基高溫合金IN738激光選區熔化中預熱溫度對熔池演化的影響 | FLOW-3D AM
二、研究方法
1.離散元方法構建粉床模型（FLOW-3D -DEM）
2.確定激光選區熔化的邊界條件，構建熱流CFD模型（FLOW-3D -Weld）
3.使用上述模型研究單道、多道熔池的溫度場和流動行為
三、研究結果 - 單道熔池形貌仿真與實驗對比
熔池形態對比
冷卻速率分布
固相率分布
四、研究結果 - 單道熔池孔隙形成
孔隙現象也會隨著不同的能量密度以及預熱情況而產生變化。幾種具有代表性的工藝參數條件下孔隙形成的截面圖（Y-Z平面）如圖所示。
五、研究結果 – 裂紋
凝固方式：邊緣由外向內/中線沿著掃描方向
裂紋更易從中心線處擴展產生
不同預熱下X/Y/Z矢量溫度梯度分布
六、研究結果 – 單道熔池凝固條件
隨著預熱溫度的增加，熔池邊緣的冷卻速率從200°C的2.2×10^6K/s減小到700°C下的5.3×10^5K/s，降低的冷卻速率導致更淺但更寬的熔池中較低的拉應力和減少的液化開裂敏感性。
200°C預熱條件下的溫度梯度從頭部的8.8×10^6K/m減少到尾部附近約5.3×10^6K/m的“黃色水平”。相比之下，700°C預熱條件下，溫度梯度減少到約3×10^6K/m的“青色水平”。如圖所示觀察到高預熱溫度增加了長度，形成了更均勻的熱場。
展開 教學 | 采用CO?焊時，怎樣進行水平轉動管的打底焊操作？
單層單道焊時，始焊位置在11～12點之間，引弧后可勻速轉動管子，焊槍位置保持不變進行焊接，也可以由11點位置開始焊接，當焊至1點位置時滅弧。快讀將管子轉動一個角度后再開始焊接，如圖4-200所示。
焊接時要使熔池保持在平焊的位置，保證焊縫背面成形，同時正面焊縫要美觀。如果焊絲直徑較粗，可采用單層單道焊；當采用細焊焊絲進行焊接或開坡口的管子時，多采用多層焊。
多層焊時，為方便移動焊槍并轉動工件，將一個定位焊縫處在1點位置。打底焊時，在1點定位焊縫上引弧，并從右向左焊至11點處斷弧，立即用左手將管子按順時針方向轉一個角度，將滅弧處轉到1點處再焊接，如此不斷轉動管子，直到焊完一圈為止。如果條件允許，最好邊轉邊焊。焊接時，要保證背面成形，注意管子轉動要使熔池保持水平位置，同平焊一樣要控制熔孔的直徑比根部間隙大0.5～1mm，焊完后須將打底層清理干凈。
本文來源于網絡，由焊接技術整理發布
展開 【焊接知識】埋弧焊——最實用的鋼管焊接工藝！
焊接材料的厚度范圍是1/16”-3/4”，能通過單道焊100%的熔透焊接，如果不限制壁厚，可以多道焊接，并對焊縫進行適當的預處理選，擇合適焊絲焊劑組合。
焊劑與焊絲的選擇
為特定埋弧焊接工藝選擇合適的焊劑和焊絲，對于使用該工藝實現最佳結果至關重要。雖然單獨的埋弧焊接工藝是高效的，但是甚至可以基于使用的焊絲和焊劑來提高生產率和效率。
焊劑不僅對焊接熔池起保護作用，而且有助于焊縫的機械性能和生產率的提高的。焊劑的配方是對這些因素有巨大的影響，影響載流能力和爐渣釋放。
載流能力是指：可以獲得最高可能的熔敷效率和高質量焊縫輪廓。
特定焊劑的爐渣釋放影響焊劑選擇，因為一些焊劑更適合于某些焊接設計而不是其它焊接設計。
埋弧焊接的焊劑選擇選項包括活性和中性類型的焊接。一個基本差就是活性焊劑改變焊縫的化學性質，而中性焊劑不改變。
活性焊劑特點是包含硅和錳。這些元素有助于在較高的熱輸入下保持焊縫拉伸強度，在較高的行進速度下幫助焊縫保持順暢光滑并提供良好的焊渣釋放能力。總的來說，活性焊劑可以幫助降低焊接質量差的風險，以及昂貴的焊后清洗和返工。但請記住，活性焊劑通常最適合單道焊或雙道焊接。
中性焊劑對于大型多道次焊接是更好的，因為它們有助于避免形成脆性，裂紋敏感的焊縫。
關于埋弧焊接的焊絲選擇有很多種，每個都有優缺點。一些焊絲被配制用于在較高的熱輸入下焊接，而其它焊絲被特別地設計成具有幫助焊劑進行焊接清潔的合金。
展開 為什么選擇K tig 深熔氬弧工藝焊接不銹鋼？
K TIG深熔氬弧焊擁有8倍于GTAW的穿透率，使其能夠在單道次厚度為16 mm的材料中執行X射線質量焊接，而無需邊緣倒角。 由此產生的焊接速度高達傳統TIG / GTAW的10倍。 耗氣量減少90％以上，焊絲消耗量減少超過90％。K TIG深熔氬弧焊工藝的物理特性在焊接電弧中產生高能量密度，從而打開“鎖眼”并完全穿透被焊接材料并高速焊接。 與鑰匙孔幾何形狀相關的表面能量的最小化和電弧氣體的相對不受限制的出口的組合產生了非常穩定和良性的熔池。通過該過程產生的表面張力防止熔池內的熔融金屬從根面掉落進而達到動態平衡。
K TIG深熔氬弧焊焊炬設計用于將高電流電弧轉換為等離子體射流，完全穿透材料并在材料底部形成高表面張力熔池。 通過控制表面張力，K TIG深熔氬弧焊可以在焊接時保持并穩定熔融材料的重量。 這個過程的穿透能力因材料而異，例如它可以在厚度為13毫米的奧氏體不銹鋼上實現全焊透的單道焊接，也可以在16鈦合金上實現全焊透的單道焊接。 這種令人印象深刻的熔深能力的一個關鍵優勢是，不需要邊緣倒角或組對縫隙，所需要的只是一個簡單的方形對接。
不銹鋼焊接應用
不銹鋼K TIG深熔氬弧焊接的材料范圍在3毫米和13毫米之間。在此厚度范圍內，1G和2G位置均可實現完全穿透式對接焊接，單道次焊接，以及不銹鋼縱縫和環縫焊接，不銹鋼壓力容器和罐體非常適合應用這一工藝。熔深是K TIG深熔氬弧焊對焊接生產率產生巨大影響的關鍵，實現全焊透而不需要邊緣坡口的能力可節省大量時間和資源，降低成本并增加利潤。相比之下，傳統的TIG和MIG焊接工藝需要復雜的V型或J型槽制備工藝，其中在槽制備過程中將金屬去除再填充昂貴的焊絲，并且為了確保一致性，必須由昂貴的機器制備。
不銹鋼因焊接時很容易扭曲而聞名，K TIG深熔氬弧焊一次完全穿透材料的焊接能力意味著收縮和變形顯著減少，這對于管道焊接尤其有益。
展開 如何使用深熔氬弧（K tig）焊接鈦及鈦合金
K TIG深熔氬弧焊擁有8倍于GTAW的穿透率，使其能夠在單道次厚度為16 mm的材料中執行X射線質量焊接，而無需邊緣倒角。 由此產生的焊接速度高達傳統TIG / GTAW的10倍。 耗氣量減少90％以上，焊絲減少超過90％。K TIG深熔氬弧焊工藝的物理特性在焊接電弧中產生高能量密度，從而打開“鎖眼”并完全穿透被焊接材料并高速焊接。 與鑰匙孔幾何形狀相關的表面能量的最小化和電弧氣體的相對不受限制的出口的組合產生了非常穩定和良性的熔池。通過該過程產生的表面張力防止熔池內的熔融金屬從根面掉落進而達到動態平衡。
K TIG深熔氬弧焊焊炬設計用于將高電流電弧轉換為等離子體射流，完全穿透材料并在材料底部形成高表面張力熔池。 通過控制表面張力，K TIG深熔氬弧焊可以在焊接時保持并穩定熔融材料的重量。 這個過程的穿透能力因材料而異，例如它可以在厚度為13毫米的奧氏體不銹鋼上實現全焊透的單道焊接，也可以在16鈦合金上實現全焊透的單道焊接。 這種令人印象深刻的熔深能力的一個關鍵優勢是，不需要邊緣倒角或組對縫隙，所需要的只是一個簡單的方形對接。
鈦合金焊接應用
鈦合金K TIG深熔氬弧焊接的材料范圍在3毫米和16毫米之間。在此厚度范圍內，1G和2G位置均可實現完全穿透式對接焊接，單道次焊接，以及鈦合金縱縫和環縫焊接，鈦合金壓力容器，管道和罐體非常適合應用這一工藝。熔深是K TIG深熔氬弧焊對焊接生產率產生巨大影響的關鍵，實現全焊透而不需要邊緣坡口的能力可節省大量時間和資源，降低成本并增加利潤。相比之下，傳統的TIG焊接工藝需要復雜的V型或J型槽制備工藝，其中在槽制備過程中將金屬母材去除再填充昂貴的焊絲，并且為了確保一致性，必須由昂貴的機器制備。
由于傳統鎢極氬弧焊熔深局限性，在焊接鈦合金中厚板時需要多層多道施焊，不僅消耗大量的昂貴焊絲和保護氣體，焊接效率也非常低。
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激光單道熔覆文件
厚板高強鋁合金焊接發展現狀
1.2 厚板高強鋁合金的焊接特點和難點
厚板高強鋁合金除了具有普通鋁合金焊接的特點外，由于其厚度大，再加上鋁合金的高導熱性，采用普通的焊接方法時，因其焊接熱輸入量小，需采用多層多道焊，而焊縫表面很容易形成的高熔點氧化鋁，會導致焊縫夾渣，而且焊后熱裂紋嚴重，焊縫強度不高，所以普通焊接方法對厚板的焊接難度非常大。鑒于厚板高強鋁合金以上的焊接特點和難點，要想得到優良的焊縫，就需要采用能量密度大、焊接熱輸入小、焊接速度高的高效焊接方法。
國際焊接界圍繞著高強鋁合金尤其對于厚板的焊接瓶頸問題做了大量的研究，成果顯著。近些年來發明了幾種新的焊接工藝，在交通、航天、航空等行業得到了一定應用，幾種新工藝可以較好地解決鋁合金焊接難點，焊后接頭性能良好，并能對以前焊接性不好或不可焊的鋁合金進行焊接。
2 厚板高強鋁合金的焊接新工藝
2.1 厚板高強鋁合金的攪拌摩擦焊
攪拌摩擦焊是通過高速旋轉的攪拌頭與被焊材料間的劇烈熱機聯合作用而實現的固相連接。攪拌摩擦焊在鋁合金材料的焊接中具有常規熔焊方法難以實現的優點，它可將厚板一道焊完，并得到焊后變形小、機械性能優良的焊縫。
攪拌摩擦焊發明初期主要解決厚度1.2-6.0 mm的鋁合金板材焊接問題；發展到1997年就實現了12-25mm厚鋁合金板的攪拌摩擦焊，并且在宇航結構件上得到應用。1999年攪拌摩擦焊可以焊接50 mm厚的銅合金及75mm厚度的鋁合金零件和產品；2004年，英國焊接研究所已經能夠單道單面實現100mm厚鋁合金板材的攪拌摩擦焊。迄今，在材料的厚度上，單道焊可以實現厚度為0.8-100.0mm鋁合金材料的焊接；雙道焊可以焊接180mm厚的對接板材。
展開 同軸送粉TIG熔覆過程數值模擬與試驗研究
用焊接電流分別為100、130、160 A，送粉量為6 g/mm,SiC濃度為1.5%的工藝參數進行熔覆試驗，獲得的單層單道熔覆層如圖8所示。可見，焊縫平直，熄弧位置無凹坑且焊縫熔寬一致。
圖9為相機拍攝的130 A電流下的實際電弧圖像。呈典型的鐘罩形狀，表明電弧在焊接過程中穩定性好，能夠提供穩定的熱源熔化和熔覆材料。圖10為對應的電弧溫度場數值模擬結果。可見模擬結果與試驗結果一致。
圖8 同軸送粉TIG熔覆表面單層單道熔覆層
圖9 實際電弧圖像
圖1 0 對應的電弧溫度場數值模擬結果
3.2.2 顯微組織
焊接電流為130 A、送粉量為6 g/mm、SiC濃度為1.5%的工藝參數下熔覆層橫截面不同區域顯微組織如圖11所示。由圖11a可以看出，熔覆層內部組織均勻，無明顯缺陷，熔覆層與基體連接處結合良好，可以清晰地看到熔凝線。由圖11b可知，熔覆層與基體熱影響區結合處存在一條以界面為核心的平面晶，組織以粗大且分布不均的樹枝晶和柱狀晶為主，晶體沿散熱方向由熔池底部向熔覆層頂部生長。由圖11c可知，樹枝晶和柱狀晶的數量和尺寸明顯減少，熔覆層產生更多細小的等軸晶粒，呈典型的迅速熔凝組織特征。
圖1 1 熔覆層不同區域顯微組織
4 結論
1）采用同軸送粉技術理念開發了一種新型的TIG焊槍，用于表面熔覆。
2）建立了焊槍二維數學模型，通過COMSOL軟件對熔覆過程的的溫度場、流場、電勢分布和粉體顆粒運動軌跡進行了數值模擬，結果表明，焊接電弧溫度分布均勻，呈典型的鐘罩狀，氣流穩定，粉體顆粒利用率高。
展開 ANSYS經典中使用APDL語言施加移動高斯熱源
但是顯然，這樣只適合單道焊接或熔覆，如果你的掃描路徑很復雜，或者是Z字形或涉及到多道焊或熔覆，那么這樣寫起來的代碼可能需要花一點心思定義熱源函數，我一般采用的是第二種方法，即定義局部坐標系的方法。我們定義一個局部坐標系11，并寫一個循環，讓這個循環中11的坐標原點不斷變化，而熱源函數保持不變，而熱源函數是施加在局部坐標系中的，因為局部坐標系相對于全局坐標系的位置在不斷變化，那么相應地也就實現了熱源函數在全局坐標系中的不斷變化了。
沖壓件加工中多工位級進模的工序分類
而且不切口的整帶料連續拉深法，雖然在工藝上要困難些，但由于連續拉深使材料產生的溫升，在尚未完全冷卻時就進行下道工序的拉深，這與單道工序的拉深相比，在材料塑性變形方面更為有利。如果適當減少材料寬度，增大拉深系數，不切口拉深法還可以擴大它的應用范圍。
文章推薦：半球形和拋物線形五金沖壓件的拉深特點
