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      英国采用钻石光源设施改善焊接工艺
      2019-01-17

          [据techxplore网站1月16日报道]  莱斯特大学的一项新研究揭示了如何优化熔焊工艺从而提高效率并降?#32479;?#26412;。该研究是由英国莱斯特大学、荷兰代尔夫特理工大学、英国钻石光源公司、爱尔?#32423;?#26575;林大学和塔塔钢铁研究所(英国)合作完成的。

          焊接作为永久性连接金属的最经济?#34892;?#30340;方式,对于?#32479;?#26412;快速制造大型金属部件而言至关重要,也是制造经济的重要组成部分。据?#20848;疲?#20840;球超过50%的家用和工程产品包含焊接接缝。在?#20998;蓿?#28938;接工艺长期以来广泛应用于造船、管道、汽车、航空航天、国防和建筑等行业,但目前对于焊接和金属增材制造过程中熔池中熔体的变化的探究仍然是一个挑战,该项研究有助于焊接及增材制造工艺的设计和优化,从而以更低的成本制造性能更优的部件。

          在熔焊或金属的增材制造过程中,通过局部热输入引起由固态转变为液态之后再由液态转变为固态的快速连续相变,并形成熔融金属池。熔池的形成和控制是基于熔合的先进制造工艺中的关键要素之一,在这些先进的制造工艺中,正确控制熔池是必不可少的,熔池的流动动力学和形状变化对加工?#21892;?#30340;机械性能有很大的影响,但现有的计算模拟实验只能用于粗略地指?#25216;?#31639;模型,不足以用于熔池模型的严格验证。因此,需要在焊接或增材制造过程中使用真实的金属合金形成熔池,并监测熔池的实时数据。

          这项研究揭示了金属增材制造和电弧焊接过程中的内部流动情况,工作重点是监测焊接过程中产生的熔池。为此,研究团队将钨和钽颗粒加入熔池中。借助其高熔点的特性,可以在熔池中保持长时间不熔化,从而得以采用高能X射线对其进行追踪。

          该项研究使用了英国的钻石光源同步粒子加速器生成X射线,研究团队采用加速器中的I12光束作为射线源,该型光束可以?#34892;?#22320;穿透大型或致密材料,并?#39029;?#20687;速度可?#28304;?#21040;每秒数千帧。借助I12光束的高速成像能力,研究人员得以深入了解表面张力是如何影响熔池的形状、流动速度以及流动模式。

          本研究的主要成果之一是通过实验证实了表面张力随温度的变化对熔池流动的影响,研究初步结果表明,熔体的流动行为与此前通过计算机模拟所得到的结果类似。并且证实,可以通过控制熔池的流动以及改变表层相关活性元素可以优化电弧焊。该项研究结果将有助于未来焊接和增材制造工艺的设计和优化,并将产生重要而深远的影响。(北方科技信息研究所  徐可)

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