选区激光熔化过程金属微熔池流动行为研究

发布时间：2022-01-04 00:08

　　采用数值模拟对选区激光熔化工艺过程中不锈钢微熔池在激光下的熔炼过程进行了模拟,研究了激光功率、光斑直径以及激光加载时间对微熔池内流体运动的影响。模拟结果表明,增大激光功率和减小光斑直径,可以有效地降低流体涡流高度和提高流体流动速度,采用200 W、20μm光斑直径或400 W、40μm光斑直径作为热源,可使得微熔池达到平稳的流动状态。 

【文章来源】：特种铸造及有色合金. 2020,40(11)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

SLM微熔池模型示意图

SLM微熔池内钢水流动行为的数值模拟结果较复杂,典型的熔池流动行为的整体矢量图见图2。设定底部方形的中心点为坐标原点,水平向右为X坐标轴正向,垂直纸面向外为Y轴坐标正向,垂直于底部平面向上为Z坐标正向。3.1 流场特征

不同激光参数形成的熔池中导热程度与区域不同,因此随着加热时间延长,不同熔池涡流中心在粉体中高度也会存在一定的差异。微熔池中涡流中心高度的变化是研究熔池中熔体的运动规律和判断熔池混匀程度的重要指标。根据不同功率和不同光斑直径的模拟图,可得到熔池中涡流中心相对于粉体底部的高度随时间的变化情况,见图8。可以看出,随着激光加热时间延长,粉体下部区域逐渐熔化,微熔池逐渐加深,环流中心也逐渐下移并趋于稳定。比较4组数据可以看到,由于激光功率大、光斑直径小的热源有较大的区域热流密度,加速了微熔池沿纵向的运动,流体运动中心也相应降低,因此400 W、20 μm激光热源条件下形成的熔池涡流中心高度在初始时最低,仅为19 μm,相同时间内变化也最为迅速;200 W、40 μm激光热源由于功率较低、光斑直径较大的原因,造成作用区域内热流稀疏,导致纵向加热力度不够,形成的熔池初始涡流中心最高达到了27 μm,高度变化也最小。激光功率一定时,光斑直径为40 μm热源形成的熔池涡流高度较大,熔体的运动中心偏上部,下降速率也较慢,120 μs后达到稳定。而在热源光斑直径一定时,增大激光功率使得形成的熔池相对较深,涡流中心也降到较低水平, 400 W、20 μm激光热源形成的熔池涡流中心明显低于其他微熔池,且由于热流密度大,与熔池边部形成了较大温度梯度,因此熔池内部熔体运动剧烈,且随时间增加涡流下降速率较快。

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本文编号：3567247