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采用光谱分析法对AISI4140钢激光熔凝区显微硬度进行原位监测
摘要： 实时监测技术在激光辅助制造领域具有重要作用。该技术不仅能确保产品质量，还能节省后续检测的时间和成本。为开发激光熔池特性监测方法，本文采用不同参数的激光熔化AISI4140钢试样，并在激光加工过程中实时检测等离子体光谱，研究了熔池发射光谱与硬度的演变规律。通过无量纲分析法建立谱线强度与熔池硬度的关联，结果表明：在无量纲体系中，熔池无量纲显微硬度(H*)与无量纲激光能量密度(ln(δ*))呈线性相关；熔池无量纲显微硬度可用Fe I谱线无量纲强度(I*)、无量纲速度(v*)及无量纲激光能量密度作为变量的分段函数表示；基于各无量纲参数间的定量关系，建立了熔池硬度监测系统。经不同激光加工参数下的测试验证，预测平均误差低于3.1%，证明发射光谱可作为监测激光加工零件特性的潜在方法。
关键词： AISI4140钢、等离子光谱、激光辅助制造、显微硬度、无量纲分析、实时监测
更新于2025-09-19 17:13:59
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激光粉末床熔融过程中孔隙演化的介观尺度模拟
摘要： 激光粉末床熔融（LPBF）是一种先进的制造技术，通过数据驱动的逐层材料堆积形成金属部件，已广泛应用于航空航天等领域。有效控制孔隙缺陷是LPBF工业生产中的关键科学问题和技术难点?；诳蠢肷⒃椒ù隮ade获取了粉末床的颗粒分布，基于开源计算流体力学代码OpenFOAM预测了LPBF成形过程中观尺度的孔隙演变。影响熔池的热-力因素包括表面张力、马兰戈尼效应、气化反冲力和糊状区阻力。激光能量模型采用基于界面追踪的体热源。首先对LPBF单道成形情况下的熔池演变进行了无量纲分析，熔池演变主要受气化反冲力、马兰戈尼效应和表面张力的影响，且熔池不同区域的主要影响因素存在差异。为考察激光功率、扫描速度、粉末床厚度和扫描间距对LPBF成形过程中孔隙缺陷的影响，开展了模拟并与实验结果对比。当体积能量密度过小时，因金属颗粒熔合不足产生孔隙缺陷；当体积能量密度过大引发"匙孔"效应时，则因裹挟气体无法及时逸出而产生孔隙缺陷。本文有望为LPBF生产中孔隙缺陷的科学调控提供理论指导。
关键词： OpenFOAM，体积能量密度，无量纲分析，孔隙缺陷，激光粉末床熔融，数值模拟
更新于2025-09-19 17:13:59