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Estado de la investigación de la simulación y caracterización del campo de la temperatura del retorcimiento del láser

Jul 07 , 2021

1.influencing Factores del campo de temperatura en revestimiento láser.



Durante El proceso de revestimiento láser, el campo de la temperatura tiene muchas influencias, como la tasa de alimentación de polvo, el grosor de la capa de revestimiento, el diámetro del punto, la velocidad de escaneo, etc. Use métodos experimentales para estudiar mecanismos térmicos o uso Equ

ipment Para detectar la temperatura de la piscina fundida y la distribución de estrés de recubrimiento, es muy difícil de esperar, y el costo es muy alarmante. El principio del método de alimentación en polvo, el proceso de revestimiento láser se muestra en la Figura 1. Con la aplicación generalizada de la computadora t

Echnología En el campo de la simulación numérica, proporciona medios efectivos para estudiar los fenómenos físicos y químicos complejos en el proceso de revestimiento En la actualidad, hay muchos softwares para la simulación de campo de temperatura en el campo del prototipado rápido con láser, y los más utilizados son ANSYS, MSC. Marc, Abaqus / Standard, y otros software.



La selección de la fuente de calor de revestimiento láser influye en gran medida en la calidad del revestimiento Capa. En el análisis de la entrada de calor de la fuente de calor, el modelo de fuente de calor distribuido gaussiano y el modelo de densidad de potencia elíptica doble son los más ampliamente utilizados. Entre entre ellos, el modelo de origen de calor distribuido gaussiano es AS SIGUIENTE: Supongamos que la potencia de radiación del láser es P, el radio del modo fundamental Gaussian Beam es Ω, y η se define como el coeficiente de ocupación del modo fundamental de la viga gaussiana, luego los dos modos ideales de TEM00 y TEM10 Se realizan en diferentes intensidades RACIOS. La función de distribución de densidad de potencia del haz superpuesto en el (x, y) Se puede expresar el avión al igual que:



Elige diferentes η (generalmente Tomar η = 0, 0.5, 0.75), obtendrá diferentes formas de luz En el cálculo de la simulación real, a menudo se supone que la energía del rayo láser es constante, y la fuente de luz láser adopta una distribución aproximada de gaussiana (es decir, η = 0).

En el proceso de revestimiento láser, existen interacciones complejas entre varias superficies, entre entre qué cambios de temperatura son las bases La deformación térmica también causa la resistencia al cambio de fase de la microestructura, y el cambio de fase de tejido produce el calor latente del cambio de fase que actúa sobre la temperatura. El campo, la relación de interacción se muestra en la Figura 2. Para Durante mucho tiempo, la investigación teórica sobre el efecto térmico de la energía láser se ha llevado a cabo principalmente por análisis matemático y simulación numérica y ha experimentado de unidimensional a tridimensional, desde el campo de la temperatura controlado por la conducción de calor al campo de temperatura controlado. por convección, y solo calculando la piscina fundida a la consideración integral. una serie de procesos simples a complejos, como la interacción de polvo con láser y matriz.



2.Mathematical Análisis del campo de temperatura en el revestimiento láser.


La simulación y caracterización del campo de temperatura de revestimiento láser son propicias para derivar la ley de evolución del recubrimiento Estructura. El modelo matemático de calefacción por láser utiliza un modelo de control de conducción de calor bajo la condición de una fuente de luz móvil en la etapa inicial de la investigación, es decir, la ecuación de energía en la matriz solo considera difusión y no difusión. considerando la convección es principalmente porque la matriz termophísica Los parámetros son importantes influyentes Factores. Los primeros modelos estaban limitados por los métodos de cálculo y estaban dominados por soluciones analíticas bidimensionales


3.Model Establecimiento y simulación numérica del campo de temperatura.


El gradiente de temperatura obtenido y la velocidad de enfriamiento se utilizan para predecir la estructura de la solidificación de recubrimiento. Jendrzejewski revestimiento a basado en cobalto aleación en el sustrato x10cr13 Discute la influencia de la temperatura de precalentamiento en el campo de la temperatura y el campo de estrés de la capa de reparación y utiliza una aproximación lineal a su temperatura Características. Después de precalentar, el valor de estrés térmico de la capa de reparación del sustrato disminuye desde 1800MPA. Es 900 MPA, y A Gratis La capa de reparación se obtiene. Toyerkani et al. propuso un modelo de elemento finito transitorio tridimensional de polvo coaxial Alimentación. El recubrimiento es un multicapa La estructura, y su ancho y altura están determinados por el área de la capa anterior y la calidad del polvo. El modelo ignora la tensión de la superficie y la gravedad. El efecto de la capa Forma. él et al. estudió el modelo numérico tridimensional de la temperatura de la piscina fundida y el flujo de fluido en el proceso de revestimiento láser de H13 Acero y utiliza el método de conjunto de nivel para simular la piscina fundida.

La ley de distribución de temperatura y velocidad de enfriamiento en la piscina fundida en positivo y negativo Defocusing Se estudia las condiciones. En comparación con el rayo láser gaussiano, se encuentra que el haz láser hueco (desenfoque) Puede evitar efectivamente el centro de la piscina fundida de sobrecalentamiento, pero el modelo no considera el impacto de la entrada en polvo cuando llega a la piscina fundida

El centro de fabricación aeroespacial canadiense DUBOURG et al. estudió los efectos del revestimiento láser CO-WC Parámetros (Escaneo Velocidad, Tasa de alimentación en polvo, Defocus Tarifa y superposición Tarifa) en la geometría de recubrimiento y el WC Contenido en acero inoxidable Acero. El estudio adoptado Taguchi's Método experimental, y los resultados mostraron que, como la tasa de alimentación de polvo, la velocidad de escaneo y Defocus Disminución de la distancia, la tasa de dilución del revestimiento aumenta, lo que resulta en una disminución significativa en WC El contenido, y el estudio también reportó un solo canal y multicanal No hay una relación directa entre el tamaño del recubrimiento y el WC Contenido, pero el estudio no consideró la transformación termodinámica y la descomposición de WC.



4. Caracterización de geometría de proceso y recubrimiento.


Ansari et al. estudió la relación entre los parámetros principales del proceso (Escaneo Velocidad, Tasa de alimentación en polvo, Láser PODER) y la morfología del revestimiento (ancho, altura, profundidad, tasa de dilución, mojado ángulo) en una sola pasada Revestimiento a través de la regresión Análisis. Safonov et al. propuso un método de cálculo aproximado para el movimiento de fusión y la forma de la superficie para determinar el efecto de la velocidad del movimiento de fusión y la superficie tensión. El ancho × espesor de la ferroaloy La piscina fundida es de 2 × 0.2mm, la derretida se mueve a una velocidad de 1 ~ 3m / s en la superficie, y la diferencia de temperatura entre el centro y el borde se calcula para ser 500 ℃. NABHANI et al. depositado TI-6A-4V Aleación de polvo en un sustrato homogéneo por revestimiento láser y estudió la influencia de los parámetros de proceso (Escaneo Velocidad, Tasa de alimentación en polvo, Láser PODER) sobre las características geométricas de A Single-Pass Recubrimiento. Erfanmanesh et al. utilizado el método de regresión para analizar la relación entre el Único Pass Los parámetros de revestimiento láser y las características geométricas de recubrimiento, y obtuvieron los mejores parámetros del proceso para el revestimiento láser WC-12CO en la AISI321 superficie de acero inoxidable, y preparado baja porosidad y alta calidad recubrimientos. Capa, donde La relación de regazo y la potencia láser afectan el ancho del revestimiento


Shi utilizado la ley de conservación de la energía y la masa para estudiar la relación entre los parámetros del proceso (láser potencia, velocidad de escaneo, alimentación en polvo tarifa) y características geométricas (ancho, altura y área transversal área) Basado en la densidad de la energía POR Volumen unitario de la piscina fundida y aprobó los resultados experimentales verificar el modelo Celik et al. propuso un modelo de la relación entre la única capa Multi-canal forma de onda de superficie y la altura de recubrimiento, y verificó el modelo, pero no consideró la influencia de la tasa de alimentación de polvo en Suryakumar et al. establecido A una sola capa Multi-Pass, Single Pass Multi-capa Modelo de revestimiento, y verificado y optimizado el modelo para diferentes rutas.









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