激光熔覆同步送粉器的研究现状
激光熔覆技术，是激光直接快速成形和激光绿色再制造的一种重要方法，它是在快速凝固过程中，通过送粉器向工作区域添加熔覆材料，利用高能量密度激光束将不同成分和性能的合金快速熔化，直接堆积形成非常致密的金属零件和在已损坏零件表面形成与零件具有完全相同成分和性能的合金层[1]。通过激光熔覆，可以无需借助刀具和模具就能从CAD文件直接制造出各种复杂的近净致密金属零件和在已经损坏的零件表面直接进行修复和再制造，以缩短开发周期，节约成本，降低能源消耗，在航空航天、武器制造和机械电子等行业具有良好的应用前景[2]。
激光熔覆加工根据材料的供应方式不同分为两大类：预置法和同步送粉法。同步送粉法工艺过程简单，合金材料利用率高，可控性好，容易实现自动化，是激光熔覆技术的首选方法，国内外实际生产中采用较多。在激光同步送粉熔覆工艺中，加工质量主要依赖的参数有：加工速度、粉末单位时间输送率、激光功率密度分布、光斑直径和粉末的输送速度[3]；其中粉末单位时间输送率和粉末的输送速度是由送粉器的输送特性决定的，送粉器是激光熔覆技术中的核心元件之一，它按照加工工艺向激光熔池输送设定好的粉末。送粉器性能的好坏直接影响熔覆层的质量和加工零件尺寸等，所以开发高性能的送粉器对激光熔覆加工显得尤为重要。
国内外的研究现状
激光熔覆技术在工业应用和科学研究中具有重要的应用前景，送粉器的设计和开发是激光熔覆设备的关键技术之一。随着激光熔覆技术的快速发展，以及对熔覆层的加工精度和质量要求的提高，国内外相继研发了基于不同原理的送粉器。
B.Grunenwald和St.Nowotny设计的转盘式送粉器[4]，是用刮板将转盘上的粉末推到凹槽内，再用载流气体将粉末输送走。L. Li和W. M. Steen设计的螺旋式送粉器[5]，是把螺杆置于料斗的底部，通过螺纹把粉末送到混合器，再用气体将粉末输送出去。Atsusaka和Motohiro Urakaw设计的毛细管式送粉器[6]，是通过毛细管的振动来输送粉末，但是送粉率不可控制。Amit Suri和Masayuki Horio 所试验的送粉器[7]，一路气体对粉末进行沸腾使之落入下部管道，另一路气体运输降下的颗粒，通过两路气流能够更好地控制送粉量。
在国内，陈德善等研制了一种GL型辊轮式送粉器[8]，它是一种机械定量式送粉器，可以使粉末按着“先定量堆积而后输出”的基本程序进行输送，送粉量稳定，送粉粒度为320目以下，送粉进度可达
±0.5%；闫江松等研制了一种容积式送粉器[9]，在200目FNi07B材料输送的实验中，送粉量为
0~40g/min，送粉误差为1.67%；田凤杰等设计的同轴送粉系统，能够输送功能梯度材料[10]，在粉
末充分混合后运用刮吸式送粉机构将粉末输送，颗粒度为100~350目的粉末，其送粉量为2~25g/min，送粉误差3%以下；冯立伟等研究的双料斗载气式送粉器[11]，可实现单料斗运粉或双料斗同时送粉，且可实现2种粉末的混合输送，150目的Ni25与320目的WC混合粉末输送试验中，送粉量为
5~20g/min；李艳丽等设计的螺旋送粉器[12]可实现7~60g/min的送粉量。
送粉器的结构原理和特性
送粉器的功能是将粉末按照加工工艺要求精确的送入激光熔池，并确保加工过程中，粉末能连续、均匀、稳定地输送。针对不同类型的粉末要求，目前国内外已经研制的送粉器主要可以分为：螺旋式送粉器、转盘式送粉器、刮板式送粉器[13]、毛细管式送粉器、鼓轮式送粉器[14]、电磁振动送粉器[15]和沸腾式送粉器。其工作原理包括：重力场、气体动力学和机械力学等。各种送粉器的具体工作过程如下。
1螺旋式送粉器
螺旋式送粉器主要是基于机械力学原理，如图1所示，它主要由粉末存储仓斗、螺旋杆、振动器和混合器等组成。工作时，电机带动螺杆旋转，使粉末沿着桶壁输送至混合器，然后混合器中的载流气体将粉末以流体的方式输送至加工区域。为了使粉末充满螺纹间隙，粉末存储仓斗底部加有振动器，能提高送粉量的精度。送粉量的大小可以由电机的转速调节。这种送粉器能传送粒度大于15μm的粉末，粉末的输送速率为10~150g/min。
2转盘式送粉器
转盘式送粉器是基于气体动力学原理，其结构如2所示，主要由粉斗、粉盘和吸粉嘴组成。粉盘上带有凹槽，整个装置处于密闭环境中，粉末由粉斗通过自身重力落入转盘凹槽，并且电机带动粉盘转动，将粉末运至吸粉嘴，密闭装置中由进气管充入保护性气体，通过气体压力将粉末从吸粉嘴处送出，然后在经过出粉管到达激光加工区域。
图2 转盘式送粉器原理图
3刮板式送粉器
刮板式送粉器，如图3所示，它主要由存储粉末的粉斗、转盘、刮板、接粉斗等组成。工作时粉末从粉斗经过漏粉孔靠自身的重力和载流气体的压力流至转盘，在转盘上方固定一个与转盘表面紧密接触的刮板，当转盘转动时，不断将粉末刮下至接粉斗，在载流气体作用下，通过送粉管送至激光加工区域。送粉量大小是通过转盘的转速来决定的，通过对转盘转速的调节便可以控制送粉量的大小，同时调节粉斗和转盘的高度和漏粉孔的大小，可以使送粉量的调节达到更宽的范围。刮板式送粉器适用于颗粒直径大于20μm的粉末输送。
4毛细管式送粉器
这种方法主要是使用一个振动的毛细管来送粉，振动是为了粉末微粒的分离，该送粉器由1个超声波振荡器、1个带贮粉斗的毛细管和1个盛水的容器组成（见图4）。电源驱动超声波发生器产生超声波，用水来传送超声波。粉末存储在毛细管上面的漏斗里，毛细管在水面下面,下端漏在容器外面，通过产生的振动将粉末打散开，由重力场传送。送粉颗粒最小直径约0.4μm。
5鼓轮式送粉器
鼓轮式送粉器的主要结构如图5所示，主要有贮粉斗，粉槽和送粉轮组成。粉末从贮粉斗落入下面的粉槽，利用大气压强和粉糟内的气压维持粉末堆积量在一定范围内的动态平衡。鼓轮匀速转动，其上均匀分布的粉勺不断从粉槽舀取粉末，又从右侧倒出粉末，粉末由于重力从出粉口送出。通过调节鼓轮的转速和更换不同大小的粉勺来实现送粉率的控制。
6电磁振动送粉器
电磁振动送粉器的原理图如图6所示，在电磁振动器的推动下，阻分器振动，储藏在贮粉仓内的粉末沿着螺旋槽逐渐上升到出粉口，由气流送出。阻分器还有阻止粉末分离的作用。电磁振动器实质上是一块电磁铁，通过调节电磁铁线圈电压的频率和大小就可实现送粉率的控制。
7沸腾式送粉器
沸腾式送粉器用气流将粉末流化或达到临界流化，由气体将这些流化或临界流化的粉末吹送运输的一种送粉装置（见图7）。底部和上部的两个进气道使粉末流化或达到临界流化。中部的载流气体将流化的粉末送出。沸腾式送粉器能使气体与粉末混合均匀，不易发生堵塞；送粉量大小由气体调节，可靠方便；并且不像刮吸式与螺旋式等机械式送粉器，粉末输送过程中与送粉器内部发生机械挤压和摩擦容易发生粉末堵塞现象，造成送粉量的不稳定。
送粉器的性能分析比较
几种送粉器的原理不同，在实际应用加工中，表现出的优缺点也不同。
（1）螺旋式送粉器：这种送粉器比较适合小颗粒粉末输送,工作中输送均匀，连续性和稳定性高，并且这种送粉方式，对粉末的干湿度没有要求，可以输送稍微潮湿的粉末。但是不适用于大颗粒粉末的输送，容易堵塞。由于是靠螺纹的间隙送粉，送粉量不能太小，所以很难实现精密激光熔覆加工中所要求的微量送粉，并且不适合输送不同材料的粉末。
（2）转盘式送粉器：是基于气体动力学原理，通入的气体作为载流气体进行粉末输送，这种送粉器适合球形粉末的输送，并且不同材料的粉末可以混合输送，最小粉末输送率可1g/min。但是对其他形状的粉末输送效果不好，工作时送粉率不可控，并且对粉末的干燥程度要求高，稍微潮湿的粉末，会使送粉的连续性和均匀性降低。
（3）刮板式送粉器：对于颗粒较大的粉末流动性好，易于传输。但在输送颗粒较小的粉末时，容易团聚，流动性较差，送粉的连续性和均匀性差，容易造成出粉管口堵塞。
（4）毛细管送粉器：这种送粉器能输送的粉末直径大于0.4μm。粉末输送率可以达到≤1g/min。能够在一定程度上实现精密熔覆中要求的微量送粉，但是它是靠自身的重力输送粉末，必须是干燥的粉末，否则容易堵塞，送粉的重复性和稳定性差，对于不规则的粉末输送，输送时在毛细管中容易堵，所以只适合于球形粉末的输送。
（5）鼓轮式送粉器：其工作原理是基于重力场，对于颗粒比较大的粉末，因其流动性好能够连续送粉，并且机构简单。由于它是通过送粉轮上的粉勺输送粉末，对粉末的干燥度要求高，微湿的粉末和超细粉末容易堵塞粉勺，使送粉不稳定，精度降低。
（6）电磁振动送粉器：是基于机械力学和气体动力学原理工作的，反应灵敏，由于是用气体做为载流体将粉末输出，所以对粉末的干燥程度要求高，微湿粉末会造成送粉的重复性差。并且对于超细粉末的输送不稳定，在出粉管处超细粉末容易团聚，发生堵塞。
（7）沸腾式送粉器：是基于气固两相流原理设计的。工作时，载流气体在气体流化区域直接将粉末吹出送至激光熔池。但同样要求所送粉末干燥。沸腾式送粉器对于粉末的流化和吹送都是通过气体来完成的，所以避免了前面螺旋式，刮板式等粉末与送粉器元件的机械摩擦，对粉末的粒度和形状有较宽的适用范围。
激光熔覆送粉器的发展特点
随着激光熔覆技术的快速发展，送粉器作为熔覆设备的核心元件之一，也得到了广泛的研究。目前，国内外对送粉器的研制目标是将送粉器工作时的连续性、均匀性、稳定性和可控性提高到一个更科学，更先进的水平。对国内外文献资料的整理和分析可以看出送粉器发展的特点：
（1）多功能化。现有的送粉器基本都能够对单一的粉末进行连续送粉，以后送粉器的发展向着混合送粉、多方式送粉和高精度方向发展，目前已先后研制出多料仓混合的送粉器[16]，熔覆材料组成及配比连续可调的送粉器以及高度集成带有信息反馈附件的送粉器等。
（2）微量化。现有的送粉器都是连续送粉，送粉量都比较大，仅适合大面积熔覆应用和三维快速制造。目前的激光熔覆技术已经开始应用于精密熔覆和微成形，在这种加工过程中，需要对激光熔覆加工区域进行微量输送，这对送粉器的性能要求很高。当进行零件的激光熔覆精密修复时，大送粉量的送粉器根本无法满足工作的要求。
（3）超细化。现在的送粉器能够对较大尺寸粉末，进行连续稳定的送粉，因为其流动性好，易于传输。然而，对于尺寸在毫米级以下的微细熔覆粉末，现有送粉器的输送粉末颗粒比较大，特别是对于有些工件表面的缺陷特别微小（如小的磨损坑、裂痕、小孔洞和腐蚀坑等）无法满足加工的要求。
结束语
随着激光技术的发展，经过多种尝试，国内外已经研制出很多类型的送粉器。一般情况下，较大尺寸的粉末(颗粒直径>100μm)流动性较好，易于传送，而颗粒直径较小的粉末(颗粒直径<1μm)容易聚团和粘滞，流动性较差，通常传送这样尺寸的粉末是非常困难的[17]，所以，在同步送粉器中，流动性差是超细粉末输送的难点，由于细粉末的聚团和粘滞，而导致送粉不连续和送粉量不均匀，得到的熔覆层厚度不均匀、表面质量差、严重精密熔覆和微成型的质量。比如对于纳米相粉这类超细粉末在输送中容易发生团聚，目前的送粉器还没有得到很好的解决。所以，对于超细粉末的输送和实现微量输送将是以后送粉器研究的重点。并且对于送粉器综合化的研究，将更有利于实现激光熔覆加工成套设备的集成化和一体化。
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第38卷 第9期中 国 激 光 V ol.38,N o.92011年9月 CHINESE JO URNAL OF LASERS September,2011 同轴送粉激光熔覆中粉末流对光束能量的衰减作用 靳绍巍 何秀丽 武 扬 宁伟健 虞 钢 * (中国科学院力学研究所先进制造工艺力学重点实验室,北京100190) 摘要 为了得到同轴送粉激光熔覆中激光束穿过粉末流后的能量变化,研究了粉末浓度分布对激光能量的衰减作用。模拟了稳态、存在基底和熔池的情况下粉末流的空间分布,通过粉末浓度与激光能量衰减的关系,得到了任意粉末分布及激光能量分布下的衰减率。研究了基底对气流场的作用以及基底对粉末的反弹作用两种因素对粉末浓度分布的影响,并比较了平顶形光束在不同熔池尺寸和送粉率下的衰减率。结果表明,存在基底时粉末流对激光的衰减率比无基底作用时一般高2倍以上,与送粉率成正比,在熔池尺寸较小时与其大小成反比。关键词 激光技术;激光熔覆;粉末浓度;能量衰减 中图分类号 T G665;T N249 文献标识码 A do i :10.3788/CJL 201138.0903005 Laser Powe r Attenuation by Powde r Flow in Coaxial Lase r Cladding Jin Shaowei He Xiuli Wu Yang Ning Weijian Yu Gang (Key La bor a tor y of Mecha n ics in Adva n ced Ma nu fa ctur ing ,Instit ut e of Mechan ics , Chin ese Aca dem y of Scien ces ,Beijing 100190,Chin a ) Abstract The laser power attenuation by powder flow in coaxial laser cladding is investigated numeric ally and experimenta lly.A steady model of powder concentration distribution is developed,considering the effect of substrate on gas -flow and rebound of powder particles.The relationship between powder conc entration and attenuation of laser power is ana lyzed.The effects of melt pool size and powder flow rate on a top hat la ser beam attenuation are investigated.Results indicate that power attenuation by powder flow with the effect of substrate c an be twice more than that without substrate.The attenuation is proportional to the powder flow rate and dec reases with the inc rease of melt pool size when the pool size is small. Key wo rds la ser technique;la ser cladding;powder c oncentration;power attenuation OCIS co des 140.3390;350.3390;350.3850 收稿日期:2011-03-28;收到修改稿日期:2011-04-22 基金项目:国家自然科学基金重点项目(10832011)和面上项目(10972222)资助课题。 作者简介:靳绍巍(1984)),男,硕士研究生,主要从事激光熔覆工艺力学与数值模拟方面的研究。E -mail:jsw10000@https://www.doczj.com/doc/225354231.html, 导师简介:何秀丽(1973)),女,副研究员,主要从事激光先进制造传输现象及工艺力学等方面的研究。E -mail:xlhe@https://www.doczj.com/doc/225354231.html, *通信联系人。E -mail:gy u@https://www.doczj.com/doc/225354231.html, 1 引 言 激光熔覆技术是现有的重要表面改性技术之一,因其在材料性能、经济效益、环境效益等方面的优秀表现而日益受到重视。同轴送粉激光熔覆是激光熔覆技术的重要组成部分,具有稀释率低、合金混合性能好等优点[1]。在常见的载气式同轴送粉激光熔覆中,金属粉末由气体输运,并由外侧气流约束粉末流形状,使其投入到由激光照射基底表面而产生的熔池当中,粉末经快速的熔化及冷却后与基底冶 金结合,形成熔覆层。 这种同心圆或轴对称形式的喷嘴出口可以摆脱 对加工方向的依赖,但由于其结构所限,很难获得理想的聚焦粉末,所以熔覆效率较侧向送粉差[2]。而且在粉末到达熔池之前一定距离内存在粉末流、气流和激光束之间的相互作用[3~8] ,对于激光熔覆效率及熔覆质量有重要影响,其中粉末对激光的衰减率(或激光的透射率)是既重要但又难以获得的参数之一 [9] 。现有的数值或解析模型均没有考虑存在基 0903005-1
激光熔覆粉喷涂机 本实用新型为解决目前在激光表面处理之前需对工件喷涂熔覆粉而缺少相应的设备，提供一种能进行编程的、全方位的、涂层均匀的激光熔覆粉喷涂机。 采用的技术方案是： 激光熔覆粉喷涂机包括机座、传动装置、喷涂装置、气路控制机构，其结构要点是： 所述的喷涂装置包括喷具小车、旋转环、喷枪立壁，喷具小车底座的下部四角固定连接有四个滑块，四个滑块设置在上导轨座的轨面上；在喷具小车的底座上面装设一固定环，在固定环上面连接一旋转环，在固定环与旋转环之间活动连接一锁紧压板，在旋转环的上面固定连接一喷枪立壁，喷枪立壁的顶端与横臂的一端通过销轴活动连接，在喷枪立壁的中部装设一气缸座，气缸活塞杆的顶端铰接在横臂的中部。横臂的前端装设一调角器，调角器上紧固连接一喷枪固定架，喷枪固定架上装设有双轴气缸及喷枪，双轴气缸的双活塞杆的顶端同时与喷枪勾机铰接。 一种冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化的涂料本发明的目的在于提供一种高功率CO2激光器快速扫描在冶金热轧辊表面获得高性能合金化层的涂料。 采用的技术方案是： 本发明为一种冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化的涂料，其特征在于该涂料是由碳化硼、碳化钨、碳化钛、碳化铬混合均匀配制而
成，其各成份的重量百分比为：碳化硼40—70%、碳化钨15—30%、碳化钛0—15%、碳化铬5—20%。 上述纳米碳化物陶瓷材料碳化硼、碳化钨、碳化钛、碳化铬的尺度为30—200纳米。 本发明选用的陶瓷材料具有高硬度、高强度、高刚度、低密度和的化学稳定特性，以及高温下优良的力学性能。而且，陶瓷材料在激光的照射下几乎能吸收激光的全部光能。 碳化硼、碳化钨、碳化钛、碳化铬都是具有许多优良性能的重要的陶瓷。 一种冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化工艺针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高功率CO2激光器快速扫描在冶金热轧辊表面获得高性能合金化层工艺。该工艺不仅可以大大提高轧辊表面的硬度，减少轧辊使用的磨损量，而且还可以带来较大的经济效益。 采用的技术方案是： 一种冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化工艺，其要点在于它包括以下工艺过程： -1- （1）首先机加工轧辊去掉表面疲劳层，得到所需尺寸和形状。然后对激光将要辐照处理的一面进行研磨，去油污和适当的清洗。 （2）用酚醛树脂粘接剂将纳米碳化物陶瓷涂料混合均匀，然后均匀地涂在预处理后的轧辊表面，预涂厚度为0.01～0.05mm，然后
一、激光熔覆的原理 激光溶覆是利用高能激光束辐照，通过迅速熔化、扩展和凝固，在基材表面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料，构成一种新的复合材料，以弥补基体所缺少的高性能。能充分发挥二者的优势，克服彼此的不足。 可以根据工件的工况要求，熔覆各种（设计）成分的金属或非金属，制备耐热、耐蚀、耐磨、抗氧化、抗疲劳或具有光、电、磁特性的表面覆层。通过激光熔覆，可在低熔点材料上熔覆一层高熔点的合金，亦可使非相变材料 （AI 、Cu 、Ni 等）和非金属材料的表面得到强化。 在工件表面制备覆层以改善表面性能的方法很多，在工业中应用较多的是堆焊、热喷涂和等离子喷焊等，与上述表面强化技术相比，激光熔覆具 有下述优点： （1 ）熔覆层晶粒细小，结构致密，因而硬度一般较高，耐磨、耐蚀等性能 亦更为优异。 （2 ）熔覆层稀释率低，由于激光作用时间短，基材的熔化量小，对熔覆层的冲淡率低（一般仅为 5％-8%），因此可在熔覆层较薄的情况下，获得所要求的 成分与性能，节约昂贵的覆层材料。 （3 ）激光熔覆热影响区小，工件变形小，熔覆成品率高。 （4 ）激光熔覆过程易实现自动化生产，覆层质量稳定，如在熔覆过程中熔覆厚度可实现连续调节，这在其他工艺中是难以实现的。 由于激光熔覆的上述优点，它在航空、航天乃至民用产品工业领域中都有较广阔的应用前景，已成为当今材料领域研究和开发的热点。 激光熔覆技术应用过程中的关键问题之一是熔覆层的开裂问题，
尤其是大工件的熔覆层，裂缝几乎难以避免，为此，研究者们除了改进设备，探索合适工艺，还在研制适合激光熔覆工艺特点的熔覆用合金粉末和其他熔覆材 料。 二、激光熔覆工艺方法 激光熔覆工艺方法有两种类型： 1、二步法（预置法） 该法是在激光熔覆处理前，先将熔覆材料置于工作表面，然后采用激光将其熔化，冷凝后形成熔覆层。预置熔覆材料的方式包括： （1 ）预置涂覆层：通常是应用手工涂敷，最为经济、方便、它是用粘结剂将熔覆用粉末调成糊状置于工件表面，干燥后再进行激光熔覆处理。但此法生产效率低，熔覆厚度不一致，不宜用于大批量生产。 （2 ）预置片：将熔覆材料的粉末加入少量粘结剂模压成片，置于工件需熔覆部位，再进行激光处理。此法粉末利用率高，且质量稳定，适宜于一些深孔零件，如小口径阀体，采用此法处理能获得高质量涂层。 2、一步法（同步法） 这是在激光束辐照工件的同时向激光作用区送熔覆材料的工艺， 它又有两种方/法。 同步送粉法：使用专用喷射送粉装置（见图）将单种或混合粉末送入熔池，控制粉末送入量和激光扫描速度即可调整熔覆层的厚度。由于松散的粉末对激光的吸收率大，热效率高，可获得比其他方法更厚的熔覆层，容易 实现自动化。国外实际生产中采用较多。 同步送丝法：此法工艺原理虽与同步送粉法相同，但熔覆材料是预先加工成丝材或使用填充丝材。此法便利且不浪费材料，更易保证熔覆层的成分均匀性，尤其是当熔覆层是复合材料时，不会因粉末比重或粒度大小的不同而影响覆层质量，且通过对丝材进行预热的精细处理可提高熔覆速率。但是丝材表面光滑，对激光的反射较强，激光利用率相时较低；此外，线材制造过程较 复杂，且品种规格少。
第37卷 第1期中 国 激 光 Vol.37,No.12010年1月 CHIN ES E J OURNAL OF LAS ERS J anuary ,2010 文章编号:025827025(2010)0120261205 激光熔覆载气式同轴送粉三维气流流场的数值模拟 董辰辉1,2 姚建华1,2 胡晓冬1,2 陈智君1,2 1 浙江工业大学机械制造及自动化教育部重点实验室,浙江杭州310014 2 浙江工业大学激光加工技术工程研究中心,浙江杭州310014 摘要 根据Navier 2Stokes 方程,采用COMSOL Multiphysics 软件进行了载气式同轴送粉系统的三维气流流场数值模拟。结果显示熔覆层的存在会使其上方气流流速减小、压强增大、相应的气流流量减小,并得到了气流汇聚点距喷嘴的距离。 关键词 激光技术;同轴送粉;三维流场;数值模拟;Navier 2Stokes 方程;喷嘴 中图分类号 TN249;TF124 文献标识码 A doi :10.3788/CJL 20103701.0261 Th ree Di me ns i o n al N u me rical Si m ul a t i on of Coa xi al P ow de r Feedi n g Fl ow wi t h Ca r r yi n g Gas Dong Chenhui 1,2 Y ao J ianhua 1,2 Hu Xiaodong 1,2 Chen Zhijun 1,2 1 Key L abor a tor y of Mecha nical Ma n uf act u re a n d Autom a tion ,M u nist r y of Ed ucation ,Zheji a ng U niversit y of Tech nology ,Ha ngzhou ,Zheji a ng 310014,Chi n a 2 Resea rch Cen ter of L aser Processi ng Tech nology a n d Engi neeri ng ,Zheji a ng U niversit y of Tech nology ,Ha ngzhou , Zheji a ng 310014,Chi n a Abs t r act The three 2dimensional incomp ressible Navier 2Stokes application mode of COMSOL Multiphysics software is used for modeling and simulating the coaxial powder feeding flow with carrying gas in this article.The dist ributing of velocity field and p ressure of flow is studied.Numerical simulations show the cladding layer results in the decrease of velocity and flow of gas ,and the increase of p ressure.The distance between the powder head and the convergent point of gas is calculated. Key w or ds laser technique ;coaxial powder feeding ;three dimensional flow ;numerical simulation ;Navier 2Stokes equation ;nozzle 收稿日期:2009203223;收到修改稿日期:2009204203 基金项目:科技部国际合作项目(J G 2JD 22008001),浙江省自然科学基金(Y107489)和浙江工业大学教改项目资助课题。 作者简介:董辰辉(1983—),男,硕士研究生,主要从事激光熔覆中送粉过程的数值模拟方面的研究。E 2mail :dch_1209@https://www.doczj.com/doc/225354231.html, 导师简介:姚建华(1965— ),男,博士,教授,主要从事激光先进制造与加工技术等方面的研究。E 2mail :laser @https://www.doczj.com/doc/225354231.html, 1 引 言 激光熔覆技术是采用高能激光束在金属表面熔 覆一层硬度高、热稳定性好、与基体形成冶金结合的复合涂层的工艺。载气式同轴送粉是实现激光熔覆的关键技术之一,它主要依靠载气的动能把粉末均匀、稳定地输送出去,辅之以气体动力分散和运输,使粉末分散均匀、运输流畅,且能够重点解决立体送粉和合金粉末的长距离输送问题。同轴送粉中粉末流与激光束同轴输出,能够将粉末均匀分散成环形,再汇聚后送入聚焦的激光光束中,并很好地适应扫 描方向的变化,具有激光熔覆技术所需要的各向同性的功能。在载气式同轴送粉系统中,金属粉末流 存在能量、动量和质量输送物理过程,它们直接决定熔覆层的尺寸、精度和性能,因此需要对其粉末流场进行深入的研究。 工业应用中有许多与载气式同轴送粉激光熔覆相似的工艺,如冷喷涂等,对这些类似的工艺过程中的两相流动,人们从理论到实践进行了研究[1]。此外,J ehnming [2]研究了雷诺数为2000时,同轴送粉喷嘴内的气粉两相流动,计算和分析粉末流浓度的