激光熔凝和激光熔覆的數(shù)學模型及數(shù)值分析.pdf

1、該文針對熔覆這兩大過程進行了理論模型和數(shù)值分析研究,并進行了相應的實驗研究.該文通過數(shù)值分析和實驗研究得到以下主要結論:一、激光與基體的相互作用:包括激光熔凝和激光熔凝的閾值條件 1、浮力驅(qū)動熔池中液態(tài)金屬的自然對流,從橫切面看在熔池中形成以激光光斑中心軸為對稱的兩個方向相反的渦流,帶動自由表面的液態(tài)金屬從熔池中心流向熔池邊緣,其形態(tài)類似于表面張力溫度系數(shù)為負值時的情況.2、表面張力形成的熱毛細流動(Marongoni流)對熔池的形狀、

2、流場及溫度場有很大的影響,熱表面張力是熔池中液態(tài)金屬流動的主要驅(qū)動力.其作用與表面張力溫度系數(shù)的大小及正負有關:3、移動光源的掃描速度對熔池形狀,流場及溫度場都有顯著的影響.掃描速度趙高,熔池越寬、越淺,自由表面最高溫度越低.4、熔池自由表面的形狀受浮力影響很小;受表面張力溫度系數(shù)的大小、正負影響較大.5、激光熔凝存在臨界工藝條件,該文將其定義為激光熔凝的閾值條件,對應的激光功率稱為臨界功率.該文發(fā)現(xiàn),光斑直徑一定時,臨界功率隨掃描速度

3、的提高而增大,其關系接近線性;而當掃描速度一定,則臨界功率隨光斑直徑增大而增大.通過計算可以獲得臨界功率所對應的最大掃描速度和最大光斑直徑.二、激光與熔覆材料粉末的相互作用:1、熔覆材料粉末流遮擋了部分激光,使其功率發(fā)生衰減.該文導出了遮光率的迭代計算公式.2、激光熔覆的閾值條件,可以通過激光熔凝的閾值條件和遮光率相耦合得到.3、熔覆材料粉末顆粒穿過激光束時,因吸收部分激光能量而溫度升高.粉末溫升隨著它與激光束作用時間增大而增大;相同的