激光熔覆中熔池流动与凝固过程的数值研究

摘要激光熔覆是现今激光加工中常用的表面改性技术，掌握激光加工参数对熔覆层的影响规律，对优化激光加工参数十分重要。本文通过有限元法对熔覆过程进行了模拟，考虑了送粉率与激光扫描速度对温度场的影响，得到相应熔池尺寸。进而建立熔池的流场模型，研究了表面张力对熔池内部液体流向的影响。结果表明，激光扫描速率越大时熔池深度先是逐渐变深，然后再变浅；扫描速度一定时，送粉率增大时，熔池深度变浅。表面张力对温度的偏导数的正负影响着熔池的形状，偏导数为负时，熔池宽度变长。实验结果与数值模拟结果一致。所得结果为改善激光加工参数提供参考依据。24460
关键词激光熔覆，有限元法，温度场，表面张力
毕业设计说明书（毕业论文）外文摘要
Title The numerical study of the flowing and solidification process of the melting pool in laser cladding
Abstract
Laser cladding technology is now commonly used in surface modification. It is important to understand the influence of laser processing parameters on cladding layer. In this paper, the finite element method is used to simulate the flowing field and temperature field in laser cladding process. Laser scanning speed is taken into account. The effects of surface tension have been studied. Comparative experiments are carried out to verify the simulation. The results shows that with the increasing of laser scanning velocity, the depth of the melting pool get deeper at first, then get shallow. Increasing the powder feeding rate will lead the melting pool to be shallower. The surface tension coefficient has great effect on the shape of the melting pool. If the surface tension coefficient is negative, the width of melting pool is wider. The experiments results are agreed well with the simulation. The results we got will provide reference for the processing of laser cladding.
Keywords laser cladding, the finite method, temperature field, surface tension
目次
1 引言    1
1.1 激光熔覆    1
1.1.1 激光熔覆技术简介    1
1.1.2 激光熔覆工艺简介    1
1.1.3 激光熔覆模拟简介    2
1.2 基材与熔覆材料的选取    3
1.2.1 熔覆粉末Ni60    3
1.2.2基体材料不锈钢304    3
1.2.3 Ni60粉末的表面改性作用    3
2 数值模拟    方法    4
2.1 有限元法    4
2.2 控制方程及边界条件    5
2.3软件模块    7
2.3.1 Fluent优点    7
2.3.2 Fluent求解过程    7
2.4 焓值处理    8
3 激光熔覆过程的数值模拟    9
3.1 数值模型    9
3.1.1 模型建立    9
3.1.2 材料与模型参数    9
3.1.3 生死单元法    11
3.2 激光熔覆中熔池的形成过程    11
3.3熔池深度与扫描速度关系    13
3.4 流场的模拟    15
4 激光熔覆实验    18
4.1 实验设备与实验参数    18
4.2实验结果    19
结论    24
致谢    25
参考文献26
1 引言
    激光熔覆技术是在制备使得基体的表面与基体相互熔合的合金熔覆层的先进技术。在激光加工的过程里，熔覆件的温度随着时间、空间会产生剧烈的变化，材料的物理化学性能也随温度发生剧烈的变化，一般来说，普通的常规检测手段很难获得与之相关物理流场及温度场的准确信息。为了取得熔覆过程中具体激光作用参数对熔覆层质量的具体影响，拟采用数值模拟方法分析熔覆过程中温度场、熔池变化，研究不同的参数对其的影响。依据热传导、流体力学理论，建立连续激光熔覆模型，模拟获得最佳工艺加工参数，得到熔池轮廓，改变激光加工参数，分析各参数对熔池温度场、流场的影响。相关工作取得的结果将为激光熔覆技术在先进制造技术方面的应用提供理论依据。激光熔覆中熔池流动与凝固过程的数值研究:http://www.youerw.com/cailiao/lunwen_17958.html