1 南京理工大学理学院， 江苏 南京 210094
2 周口师范学院机械与电气工程学院， 河南 周口 466001
Ti6Al4V合金在毫秒激光打孔过程中，沿孔壁会形成严重影响成品性能的重铸层。考虑熔体受到的热学和力学等方面的影响，基于修改的流体力学方程和改进的水平集法，建立了激光打孔的固/液/气三相二维数值计算模型，在单脉冲能量为3 J的条件下,对不同脉宽参数的激光打孔进行数值研究。运用后处理技术提取了打孔过程中重铸层的温度场、流场和厚度分布情况。结果表明，蒸发和喷溅是熔体排除的主要方式，重铸层是在热-力耦合作用下形成的。重铸层的厚度随激光脉宽的增大而增加，并呈现从孔口到孔底逐渐变薄的特征。
激光技术 激光打孔 重铸层 水平集法 Ti6Al4V合金 毫秒激光
1 湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 长沙 410082
2 湖南大学 激光研究所, 长沙 410082
为了准确模拟焊接过程中小孔的瞬态形成过程,采用水平集法追踪小孔气/液界面,运用混合理论处理固/液相变,建立了气、液、固三相耦合模型。该模型综合考虑了表面张力、浮力、反冲压力、固/液间摩擦力、潜热、对流以及辐射等影响因素,数值计算得到小孔演变的动态过程和孔内外金属蒸汽行为。模拟发现,小孔形貌瞬态变化,前后壁凹凸变形,逐渐趋于稳定,孔径约为1mm;金属蒸汽与小孔相互影响,最大蒸汽速率为5.3m/s。采用改进的“三明治”方法进行激光焊接实验验证,实验结果与模拟结果相吻合。结果表明,水平集法追踪小孔自由界面在激光深熔焊模拟中具有良好的适用性。这为小孔的研究提供了理论依据。
激光技术 瞬态小孔 水平集法 数值模拟 laser technique transient keyhole level set method numerical simulation
采用激光同轴送粉熔覆数学模型模拟了双层熔覆过程中温度场、熔池内流场、熔池的动态演化过程, 凝固过程中CET转变及熔覆层横截面的晶体方向分布。该数值模型耦合了数值传热、激光粉末相互作用、基体和粉末的熔化和凝固、熔池液态金属流场以及凝固过程中晶体的生长等物理过程, 分析了工艺参数(激光功率、激光行走速度)对熔池凝固过程中CET转变趋势的影响, 并将模拟结果与实验结果进行对比。模型采用水平集法(level-set方程)追踪熔覆过程中熔覆层的动态气液表面。研究结果表明, 本模型很好的展示了熔池的动态演化过程, 并准确的预测熔覆层的形貌和横截面晶向的分布, 以及线能量对熔覆层晶向的影响。
激光熔覆 单晶合金 定向结晶 数值模拟 水平集法 laser powder deposition single crystal grain growth numerical simulation level-set method
