基于增材制造的管材成形应用基础的研究

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无缝金属管在工程、海洋、石油等很多重要领域广泛的被应用。传统厚壁无缝管生产流程较长、场地占用面积大、设备成本高,故本文提出一种以增材制造为基础,逐层堆叠的同时施加压力的新工艺,可缩短生产工序、节省时间与空间、可用于生产多种尺寸的厚壁管材。本文以6061铝合金作为研究对象,主要研究该工艺在初次铸轧过程以及后续重熔结合铸轧过程的复合行为与生产机制。首先,利用Fluent、Abaqus软件对初次铸轧过程进行数值模拟。利用Fluent对温度场和速度场进行分析,得到浇注温度和铸轧速度对Kiss点位置以及对熔池中金属流动状态的影响规律。通过不同参数进行分析,获得合适的浇注温度和铸轧速度参数。利用Abaqus对轧制过程金属坯应力进行分析,得到不同工艺参数下应力分布规律,以及轧制过程中金属变形。其次,对后续重熔铸轧过程进行数值分析。对比相关工艺参数对重熔过程中熔池以及已成形部分温度场的影响,并与初次铸轧过程凝固情况对比,得到两次过程中Kiss点位置分布差异。同时分析了浇注温度对重熔过程中熔池中金属流动状态的影响规律。探究同种金属无焊接连续生产的行为机理,对比不同工艺参数下轧制过程中应力分布以及金属坯变形情况,以及两次轧制过程中金属坯变形情况以及应力变化规律的差异。从温度以及应力应变的角度出发,分析了重熔铸轧过程中覆层金属与基层金属冶金结合的可能性。最后,对重熔铸轧过程进行验证性实验,通过对基层金属与覆层金属截面进行金相分析,发现重熔过程中金属液与已成形部分之间重熔后可以发生冶金结合,验证了本课题工艺方法可以生产致密的无缝管。
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