史平安
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万强
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庞盛永
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颜怡霞
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许恒
材料热处理学报
为了准确的模拟出激光深熔焊接中小孔的动态变化过程,根据小孔内激光的能量吸收机制,采用Particle Level Set方法和有限差分模型的光线追踪法来描述小孔对激光能量的吸收作用,建立了描述激光深熔焊接过程中熔池动态行为和小孔瞬态演化行为的三维数值模型.动态模型中考虑了菲涅耳吸收、蒸发潜热、凝固/熔化潜热和熔池内液态金属的耦合对流传热等物理因素,以及反冲压力、表面张力和热毛细力等力学因素的影响.通过对30CrMnSiA钢激光焊接过程的数值模拟,得到了动态焊接过程中小孔深度的变化规律和小孔的形貌特征、能量分布特征.研究表明,小孔动态演化过程可分为3个阶段:小孔深度线性增长阶段、振荡增长阶段和高频振荡阶段.不同阶段小孔的振荡方式和程度不同,进而造成小孔的形貌和孔壁的能量密度分布也不同.而小孔的振荡也是焊接不稳定性和缺陷形成的重要原因.
关键词:
激光深熔焊
,
光线追踪法
,
小孔稳定性
,
数值模拟
史平安
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万强
,
庞盛永
,
陈鑫
,
莫仲海
材料热处理学报
为了准确地模拟出激光深熔焊接中小孔的动态变化过程,根据小孔内激光能量的传输过程和吸收机制,采用光线追踪法来描述小孔对激光能量的多重反射吸收作用,建立了基于光线追踪的热源模型,分析了工艺因素对30CrMnSiA钢激光深熔焊接过程中瞬态小孔的深度振荡和熔池流动行为的影响.结果表明,激光焊接过程中熔池的小孔深度呈周期性变化并伴有高频振荡特征,而小孔的振荡是焊接不稳定性和缺陷形成的重要原因.而随着激光功率的增大,小孔深度增大,小孔深度达到相对稳定状态的时间缩短.小孔深度达到相对稳定状态时,小孔振荡的幅度随激光功率的增加而增大.在对不同工艺条件下熔池的温度场、流场和小孔的动态演化过程对比的基础上,进一步探索了焊缝气孔的形成机理,并提出了减少焊缝气孔和增强小孔稳定性的新思路.
关键词:
激光深熔焊
,
气孔
,
形成机理
,
数值模拟
