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铝青铜表面激光熔覆镍基合金温度场的数值模拟

于涛  
【摘要】: 激光熔覆是一种先进的表面改性加工方法,它是在被熔覆的基体上以不同的方式放置选择的涂层材料,通过激光辐照使之和基体表面熔化,经过快速凝固形成低稀释度的表面涂层,从而改善材料的表面性能。这是一项发展非常迅猛且具有广泛应用前景的材料加工新技术。为此本文建立了二维激光熔覆熔池温度场的数值模型,模型考虑了工件有限尺度、工件材料热物理性质的温度依赖关系、激光处理参数以及对流换热造成的表面热损失,激光光斑处采用高斯热源模型推导,利用能量平衡法,建立了均匀网格的有限差分方程。使用C++语言编写材料表面激光熔覆过程中温度场的计算程序,同时讨论工艺参数对温度场分布的影响,得到如下结论: 1.整个激光熔覆加工中的温度场变化是由非稳态到达稳态的过程,激光光斑附近温度梯度较大,远离光斑处温度梯度较小。 2.当扫描速度确定时,随着激光功率的增大,表面峰值温度呈上升趋势。 3.随着预热温度的增加,材料表面中心峰值温度逐渐升高,熔池温度呈线性上升关系。 4.若激光光斑直径增大而激光功率不变时,导致激光束的功率密度减小,从而能量不能集中于一点,表面温度随之下降。反之,光斑直径变小,对光斑区域的加热集中,温度有上升趋势,但光斑附近区域有未熔的现象。 5.由温度场分布图显示得知,为保证加工质量,满足熔覆要求,试验应采用由高到低的功率进行熔覆.


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