A36钢表面激光熔覆625镍基合金热场的数值模拟

发布时间：2017-03-22 05:00

  本文关键词：A36钢表面激光熔覆625镍基合金热场的数值模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：为了优化激光热丝熔覆的工艺,提高熔覆成型质量,本文建立了A36钢表面激光熔覆625镍基合金丝材的传热过程瞬态数值模型,并对激光热丝熔覆温度场分布进行了研究。在一定边界条件下,对控制方程进行了离散,用FORTRAN语言编制了相关的模拟程序。针对激光热丝熔覆比激光送粉熔覆熔深大的特点,选择高斯面热源和半球形体热源形成的组合热源作为热源模型,确定了高斯热源和半球形体热源的最佳比例。通过数值计算和实验相对照的方法确定了适合激光热丝熔覆的激光斑点半径。从静力学方法出发,建立了熔覆层二维几何形状的偏微分方程,利用四阶龙格—库塔方法求解熔覆层二维几何形状的表达式。比较空气层选取不同热导率的热场变化,分析得到了最适合激光热丝熔覆中空气单元的热导率。将获得的激光热源模型、激光光斑半径以及空气热导率输入进所建立的数值模型中,利用编制的热场计算程序,对不同工艺参数(激光功率和扫描速度)条件下温度场和熔池形状的瞬态变化情况进行了预测。结果表明,随着激光功率的增加,熔池的熔深和熔宽同时增加,熔池体积扩大;随着扫描速度的增大,熔池体积缩小,但熔深和熔宽变化不大。随着激光功率的增加,熔池内最高温度升高,随着扫描速度的增加,熔覆层最高温度下降。本文的研究工作能够为激光热丝熔覆工业化生产提供基础数据和理论指导。
【关键词】：激光热丝熔覆 熔池 熔覆层二维几何形状 数值模拟
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-21
• 1.1 激光熔覆技术概论8-9
• 1.2 国内外研究进展9-19
• 1.2.1 激光送粉熔覆和激光送丝熔覆的研究进展9-11
• 1.2.2 激光送丝熔覆数值模拟的研究进展11-12
• 1.2.3 熔覆层数值模型12-13
• 1.2.4 激光熔覆热源的研究进展13-17
• 1.2.5 数值方法17-18
• 1.2.6 数值计算软件发展概况18-19
• 1.2.7 存在的问题19
• 1.3 本文主要研究内容19-21
• 2 激光热丝熔覆的数学模型21-28
• 2.1 激光热丝熔覆模型的数学描述21-24
• 2.1.1 热场控制方程22-23
• 2.1.2 控制方程组的定解条件23-24
• 2.2 熔覆层横断面二维几何形状24-27
• 2.3 本章小结27-28
• 3 数值模拟的方法和程序设计28-39
• 3.1 求解的算法28
• 3.2 离散方程的建立28-33
• 3.2.1 网格划分28-29
• 3.2.2 时间步长的选取29
• 3.2.3 控制方程的离散过程29-30
• 3.2.4 离散控制方程30-32
• 3.2.5 边界条件离散化32-33
• 3.3 计算流程和程序设计33-36
• 3.3.1 主程序33-35
• 3.3.2 熔池温度场子程序35
• 3.3.3 其他子程序35
• 3.3.4 程序适用性35-36
• 3.3.5 程序运行环境36
• 3.4 试件材料特性和试验说明36-38
• 3.5 本章小结38-39
• 4 数值模拟结果及讨论39-49
• 4.1 选择合适的热源39-40
• 4.1.1 热源模型的确定39
• 4.1.2 激光光斑半径的选择39-40
• 4.2 激光熔覆的熔覆层预测和实验验证40-44
• 4.2.1 熔覆层几何形状预测结果40-43
• 4.2.2 数值模拟中熔覆层几何形状的处理43-44
• 4.3 空气导热率对热场的作用分析44-48
• 4.4 本章小结48-49
• 5 激光熔覆工艺参数对数值模拟结果的影响49-82
• 5.1 实验验证49
• 5.2 激光功率对激光熔覆传热过程的影响49-68
• 5.2.1 激光功率对熔池温度场的影响50-64
• 5.2.2 激光功率对激光熔覆的熔池形状的影响64-68
• 5.3 激光扫描速度对激光熔覆传热过程的影响68-80
• 5.3.1 激光扫描速度对熔池温度场的影响69-77
• 5.3.2 激光扫描速率对熔池形状的影响77-80
• 5.4 本章小结80-82
• 6 结论及展望82-84
• 6.1 结论82
• 6.2 展望82-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-89
• 攻读硕士学位期间已发表（录用）的论文89-90

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