激光填粉焊接熔池流動數(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能量強、激光能量利用效率高、深熔焊接激光功率閾值低等優(yōu)點，與激光填絲焊接相比，激光填粉焊接具有粉末成分易調整、粉末輸送柔性高等優(yōu)點，因此其研究與應用受到了廣泛關注。目前針對激光填粉焊接的研究主要集中在焊接工藝方面，有關填粉焊接熔池流動及粉末與熔池相互作用的研究鮮有報道。本文擬通過有限元模擬手段，從激光填粉焊接熔池驅動力、熔池溫度場和流場以及合金元素分布三個方面展開研究。
　　針對激光填粉焊

2、接特點，本文建立了三維瞬態(tài)數(shù)學模型，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。在熔池驅動力方面，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的主要驅動力，其中反沖壓力是匙孔形成的關鍵驅動力，造成匙孔深度和熔池最大流動速度的高頻波動。表面張力阻礙匙孔的形成，促進了金屬從熔池中心向熔池邊緣流動。粉末沖擊力對熔池液面有顯著的沖擊，提高了熔池表面整體速度。重力和熱浮力的驅動

3、效果最小。
　　在熔池溫度場和流場方面，通過灰度值法和高速攝像獲取了粉末落入熔池時數(shù)量分布和平均速度，研究了粉末不同入射狀態(tài)對溫度場和流場的影響。計算表明，粉末溫度不同導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熔池淺表層形成多個渦流環(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，隨激光功率增加，匙孔后部渦流加強，熔透時，熔池上下存在兩個對流環(huán)。激光填絲焊接熔滴對熔池的沖擊顯著高于激光填