激光填粉焊接熔池流動(dòng)數(shù)值模擬.pdf

1、與單激光焊接相比，激光填粉焊接具有間隙適應(yīng)能量強(qiáng)、激光能量利用效率高、深熔焊接激光功率閾值低等優(yōu)點(diǎn)，與激光填絲焊接相比，激光填粉焊接具有粉末成分易調(diào)整、粉末輸送柔性高等優(yōu)點(diǎn)，因此其研究與應(yīng)用受到了廣泛關(guān)注。目前針對(duì)激光填粉焊接的研究主要集中在焊接工藝方面，有關(guān)填粉焊接熔池流動(dòng)及粉末與熔池相互作用的研究鮮有報(bào)道。本文擬通過(guò)有限元模擬手段，從激光填粉焊接熔池驅(qū)動(dòng)力、熔池溫度場(chǎng)和流場(chǎng)以及合金元素分布三個(gè)方面展開(kāi)研究。
　　針對(duì)激光填粉焊

2、接特點(diǎn)，本文建立了三維瞬態(tài)數(shù)學(xué)模型，采用VOF方法追蹤熔池自由界面，并考慮了熔池自由液面的變化。在熔池驅(qū)動(dòng)力方面，綜合考慮了反沖壓力、表面張力、粉末沖擊力、重力和熱浮力的影響。研究表明反沖壓力和表面張力是熔池流動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力，其中反沖壓力是匙孔形成的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力，造成匙孔深度和熔池最大流動(dòng)速度的高頻波動(dòng)。表面張力阻礙匙孔的形成，促進(jìn)了金屬?gòu)娜鄢刂行南蛉鄢剡吘壛鲃?dòng)。粉末沖擊力對(duì)熔池液面有顯著的沖擊，提高了熔池表面整體速度。重力和熱浮力的驅(qū)動(dòng)

3、效果最小。
　　在熔池溫度場(chǎng)和流場(chǎng)方面，通過(guò)灰度值法和高速攝像獲取了粉末落入熔池時(shí)數(shù)量分布和平均速度，研究了粉末不同入射狀態(tài)對(duì)溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的影響。計(jì)算表明，粉末溫度不同導(dǎo)致淺表層形成局部高溫區(qū)或低溫區(qū)，而粉末入射速度變化則在對(duì)熔池淺表層形成多個(gè)渦流環(huán)。粉末沖擊在熔池表面造成“水暈”，隨入射速度增加液面凹陷深度增加。非熔透時(shí)，隨激光功率增加，匙孔后部渦流加強(qiáng)，熔透時(shí)，熔池上下存在兩個(gè)對(duì)流環(huán)。激光填絲焊接熔滴對(duì)熔池的沖擊顯著高于激光填