论文摘要
海洋大开发和核能发电的推广,使得水下焊接修复的需求进一步加大。焊接质量好、修复效率高的先进焊接方法一直受到国内外学者的关注。同轴送粉式激光增材技术是以高能激光束为能量的加工技术,能实现高熔点等难加工金属的修复制造,容易集成和实现自动化,能进入深海、高温、辐射区,是远距离加工最好的工具。水下局部干法焊接技术灵活性好,能获得较高的加工质量,其与激光增材技术的结合有着良好的应用前景。本文针对同轴送粉式激光增材技术展开了气帘式排水装置的研究工作。首先分析了局部干区质量的影响因素,并设计出一款排水模拟喷头;进行排水实验对各个影响因素进行探究,以此获得气帘式排水装置的一般规律。其次,通过分析水下修复工况和设计要求,设计出排水装置的基本结构,并借助Workbench 15.0中的Fluent模块,采用VOF两相流模型和RNG k-ε湍流模型,对排水流场进行了数值分析,用于辅助排水装置的设计;加工出第一套排水罩,先进行了排水实验,用于作为数值仿真的参照,并进行了水下激光增材实验,以反映排水罩实际的工作效果。最后,提出了在排水罩底部增加栅格结构,用以改善排水质量,首先设计出一组以不同出口结构为特征的排水罩模型,通过数值仿真分析对猜想进行验证;接着设计出栅格排水罩,并先后进行排水实验和水下激光增材实验,对其工作性能展开了研究。排水模拟喷头的排水实验表明,水深、加工面倾角和表面状况等环境因素,以及工作距离、中心气流量和运动速度等工作参数,对气帘式排水装置所形成的干区质量有着不同程度的影响。针对第一套排水罩的设计和研究,模拟所得干区大小符合设计要求,并通过网格数量和时间步长的无关性分析,验证了计算结果的可信度,此外排水罩排水实验结果和排水流场的模拟结果具有良好的一致性。接下来水下激光增材实验获得的熔覆区域,中间位置表面气孔较少,但端口处有明显的多孔、未熔合等缺陷,因此该排水装置无法有效地辅助完成水下激光增材加工。针对栅格排水罩的设计与研究,通过一组排水罩模型的模拟仿真对比,证明了栅格结构有利于提高排水的深度和干区的稳定性。通过排水实验,发现栅格的环形槽能较好地衰减水流对干区的冲击。最终在20-150 mm不同水深下,对窄基板和宽基板的修复加工中,均在修复区获得了表面平整、均匀的熔覆质量。因此栅格排水罩在一定条件下能够有效地辅助完成水下激光增材修复。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 张胜标
导师: 倪中华
关键词: 激光增材,气帘式排水装置,数值分析,栅格排水罩
来源: 东南大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑
专业: 海洋学,金属学及金属工艺
单位: 东南大学
分类号: P74;TG665
DOI: 10.27014/d.cnki.gdnau.2019.001863
总页数: 70
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