激光熔凝和激光熔覆的數(shù)學(xué)模型及數(shù)值分析.pdf

1、該文針對(duì)熔覆這兩大過程進(jìn)行了理論模型和數(shù)值分析研究,并進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究.該文通過數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)研究得到以下主要結(jié)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(dòng)熔池中液態(tài)金屬的自然對(duì)流,從橫切面看在熔池中形成以激光光斑中心軸為對(duì)稱的兩個(gè)方向相反的渦流,帶動(dòng)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(fù)值時(shí)的情況.2、表面張力形成的熱毛細(xì)流動(dòng)(Marongoni流)對(duì)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(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力.其作用與表面張力溫度系數(shù)的大小及正負(fù)有關(guān):3、移動(dòng)光源的掃描速度對(duì)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(fù)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(duì)應(yīng)的激光功率稱為臨界功率.該文發(fā)現(xiàn),光斑直徑一定時(shí),臨界功率隨掃描速度

3、的提高而增大,其關(guān)系接近線性;而當(dāng)掃描速度一定,則臨界功率隨光斑直徑增大而增大.通過計(jì)算可以獲得臨界功率所對(duì)應(yīng)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(dǎo)出了遮光率的迭代計(jì)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(shí),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(shí)間增大而增大;相同的