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试论激光熔覆数值模拟过程中的热源模型


◇ 科技论坛◇   科技 嚣向导  21年第2 期  02 9 试论激光熔覆数值模拟过程中的热源模型  赵 国 宏  ( 昆钢重装集 团激光公 司  云南  昆明 【 摘 6 0 0) 5 3 2  要】 为更加 准确地模拟 出钉状 高能激光束的裂缝形状 , 本文提 出了一 个新 的 G us as 曲面模 型. 在进行 数学模型解推理 的基础上 来为   模拟过程的计算做准备 , 在进行 实际的数值模拟与测量试验 时选择不 同形式的激光束 。结果表 明. us曲面模型 可以在 直线形激光束 的环境  Gas 下 实 现 准 确 模 拟  【 关键词 】 激光熔覆; 数值模拟; 源模型  热 0序 言  . 激光熔覆的操作机理是 :将熔覆材料添加在基体 的材料 表面 . 并  且在高能密度激光 束 的照射 下 . 促使合金 覆层 的形 成 . 这种具有 完全  不同成份与性 能的覆层 出现在基材 表面 .并且与基体材料相互 熔合  这种表面改性的新技术 自 1 7 9 4年以来 .获得了各个工业 国家的大力  研究投入 .对表面质量 以及 数学模 型的研 究更是有大量基础性 研究  目前该 项研究的难题 就在于大面积无裂纹熔覆层 的获得 获得一个 比  较 合意的熔覆层往 往需要一个 良好 的冶 金结合 以及要 求基体材料 和  熔覆层的熔点相 近 、 同时具 备一定 的塑 性 . 且 以满足 最小 的稀释 率和  气孑 满足较大的结合度要求  L 在传 统的实验操作 过程 中 . 在着 一个较大的钉状熔覆孔无 法解  存 释  改进过的实验可以进行 原因的解 释  当高能激光束在工件表 面 出   现时 , 基本件近表 面处的材料 由于率先接 收到束流 的急剧加热 . 迅速  熔 化形成熔池 . 速增 加此处 的有效加热半 径 : 因为高能激光束 流  快 又 的穿透机制 . 工件深度 的方 向上 会逐渐形成 一个窄长 的匙 孔 . 这就 导  致先前的双椭球以及柱体等热源模 型不能够识别这种能量分 布方式 .   从 而不能准确地模拟激光熔 覆过程 的温度 场 . 在进行激光熔 覆过程的  数 值模 拟时 . 只有对 温度场 的进 行准确分 析基础上 . 我们才可能展 开  正确 的热应力分析。 比较前 人的研 究成果 , 激光熔覆接头近缝 区的动  力机制 、 热应力分布都与焊缝形状有密切关系 . 以, 所 考虑 到高能束熔  覆 过程 中的特殊能量分布 . 本文建立可以正确反映实际焊缝形状 的面  热 源模 型即文中的 G us曲面模型来进行数值模拟  as m(, ) rk =m( O   x (3  / g ) ( ) 0,) ep一 c l ( ) 5  o  这个热 源的总热 流输入应该等 于热源 功率 u:   2 R w    u6 6( )   f .  g (一   = 6 m ,     ! f f r dd 2 ! 一 e 1       d: —   f     ‘   一) J  d   i   K  一   一   f   I¨  一   =   c (01e) l( ) — 1 m0 ) Lm0 )- f g  ̄ = ( e )(o  ,(   K o   一 ,。 ‘   6   0  c 5   于是便可 以求 出: 0 O = c / (一  ) m( , )3 E  H 1 e   () 6  然后再转 回到直 角坐标 系下 .可 以得到 gus曲面热源模型

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