基于生死单元的激光熔覆温度场数值模拟

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激光多道熔覆单晶合金过程中温度场分布和熔池形状的研究

激光多道熔覆单晶合金过程中温度场分布和熔池形状的研究激光多道熔覆是一种比较新兴的表面处理技术，可以用来改善材料的耐磨性、耐蚀性和高温性能。

在激光多道熔覆过程中，激光束对工件表面进行高速熔化，形成一个熔池。

而熔池的形状和温度场分布对于熔覆层的质量和性能影响很大。

因此，研究激光多道熔覆过程中温度场分布和熔池形状是非常重要的。

首先，我们来研究温度场分布。

在激光多道熔覆过程中，激光束对金属工件表面进行照射，引起快速熔化。

激光的功率密度是控制温度场分布的重要参数之一。

高功率密度的激光束能够在较小的区域内产生较高的温度，形成较深的熔池。

而低功率密度的激光束则会产生较浅的熔池。

此外，熔池的形状也会影响温度场分布。

对于矩形形状的熔池，其沿激光传播方向的温度梯度会较大。

而对于圆形形状的熔池，其在辐射方向上的温度分布相对均匀。

其次，我们来研究熔池形状。

熔覆过程中的熔池形状受到多种因素的影响，包括激光的功率密度、扫描速度和工件材料的热导率等。

高功率密度和低扫描速度会导致熔池形状较宽且深。

而低功率密度和高扫描速度则会导致熔池形状较窄且浅。

此外，不同材料的熔池形状也会有所不同。

例如，对于热导率较高的材料，熔池会更容易形成较窄而深的V形。

研究激光多道熔覆过程中温度场分布和熔池形状的方法主要有数值模拟和实验测量两种。

数值模拟方法可以通过建立激光热传导模型来模拟温度场分布和熔池形状。

这种方法可以通过改变激光功率密度、扫描速度和材料热导率等参数来研究它们对温度场和熔池形状的影响。

数值模拟方法可以提供快速且经济的研究手段，但需要依赖于实验数据的验证。

实验测量方法可以通过使用红外热像仪等热成像设备来直接测量熔池的温度场分布。

此外，还可以使用高速摄像机来观察熔池的形状和动态变化。

这种方法可以提供实时且直观的温度场分布和熔池形状信息，但需要进行复杂的设备搭建和实验操作。

综上所述，研究激光多道熔覆过程中温度场分布和熔池形状对于提高熔覆层质量和性能有重要意义。

激光沉积修复TA15钛合金热应力的数值模拟_杨光

［］４９－［］１３－
中很大部分，热应力产生原因主要是激光沉积修复时，高能量激光照射在修复基体表面产生熔池，熔池经历短时间加热和冷却，内部温度变化十分剧烈，产生很大的温度梯度，这样使得修复过程中修复零件本当温度梯度较大时，极身会产生极其复杂的热应力，易引起待修复件开裂和变形，严重影响修复质量。近年来对激光沉积修复过程中应力的研究得到
，，，，ＹａｎＧｕａｎｉｎＬｉｎｌｉｎｉｎＬａｎｕｎｉａｎＨｏｎｏｕａｎＷｅｉＤＱＢＷｇｇｇｙｇｙｇ（ＫｅＬａｂｏｒａｔｏｒｏＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅＮａｔｉｏｎａｌＤｅｅｎｓｅｏＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＤｉｉｔａｌＭａｎｕａｃｔｕｒｉｎｏｒｙｙｆｆｆｇｆｇｆ，ＰｒｏｃｅｓｓＳｈｅｎａｎＡｅｒｏｓａｃｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔＳｈｅｎａｎＬｉａｏｎｉｎ１０１３６，Ｃｈｉｎａ）ｙｇｐｙ，ｙｇ，ｇ１ ” ＡｂｓｔｒａｃｔａｓｅｒｄｅｏｓｉｔｉｏｎｒｅａｉｒｏｆＴＡ１５ｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｕｓｉｎｅｌｅｍｅｎｔｂｉｒｔｈａｎｄｄｅａｔｈｔｅｃｈｒｏｃｅｓｓＬ－ｐｐｙｙｇ“ ｐ，，ｎｏｌｏｏｆｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄａｃｃｏｒｄｉｎｔｏｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌａｓｅｒｄｅｏｓｉｔｉｏｎｒｅａｉｒｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａ－ｇｙｇｐｐｔｉｏｎｏｆｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄｄｕｒｉｎｍｕｌｔｉｔｒａｃｋａｎｄｍｕｌｔｉｌａｅｒｌａｓｅｒｄｅｏｓｉｔｉｏｎｒｅａｉｒｉｓｄｅｖｅｌｏｅｄｗｉｔｈｒｏｃｅｓｓ－－－ｇｙｐｐｐｐ，ＡＮＳＹＳａｒａｍｅｔｒｉｃｄｅｓｉｎｌａｎｕａｅ（ＡＰＤＬ）．Ｔｈｅｄｎａｍｉｃｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌａｓｅｒｏｗｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｇｇｇｙｐ，ｓｃａｎｎｉｎｓｅｅｄａｎｄｔｈｅｒｅｈｅａｔｅｄｒｅａｉｒｉｎｉｓｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｒｅａｓｏｎｏｆｖａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓｉｓａｎａｌｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｇｐｐｐｇｙ，ｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｉｎｏｆｌａｓｅｒｏｗｅｒａｎｄｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｏｆｓｃａｎｎｉｎｖｅｌｏｃｉｔｔｈｅｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｅｖｏｔｈａｔ－ｇｐｇｇｙｇｒｅｈｅａｔｉｎｒｏｖｉｄｅｄｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓｃａｎｂｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｒｅａｉｒｓｕｂｓｔｒａｔｅ．Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｉｓｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｐｇｐｙｐｕａｌｉｔ．ｓｔｒｅｓｓｏｆｌａｓｅｒｄｅｏｓｉｔｉｏｎｒｅａｉｒａｎｄｉｍｒｏｖｅｔｈｅｒｅａｉｒｔｈｅｒｍａｌｑｙｐｐｐｐ；；；；Ｋｅｗｏｒｄｓｌａｓｅｒｄｅｏｓｉｔｉｏｎｒｅａｉｒｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｎｐｐｙｐｙ

激光反应熔覆碳化物陶瓷涂层温度场的有限元模拟

激光反应熔覆碳化物陶瓷涂层温度场的有限元模拟
李健;尹莉;李文戈;吴钱林
【期刊名称】《机械工程材料》
【年(卷),期】2012(036)006
【摘要】利用ANSYS软件建立预置式粉层激光反应熔覆的数值模拟模型，考虑了相变潜热、辐射对流散热、表面效应单元等因素的影响；在不同的工艺参数下，用该模型对激光反应熔覆碳化物陶瓷涂层温度场进行了计算，分析了整个激光加工过程中温度场的变化情况。

结果表明：激光功率和扫描速度对基体熔化厚度以及熔覆层宽度的影响都比较显著；激光功率是造成熔覆层较大温度梯度的主要因素；有限元模拟得到的最佳工艺参数得到了试验验证。

【总页数】5页(P86-89,96)
【作者】李健;尹莉;李文戈;吴钱林
【作者单位】上海海事大学物流工程学院,上海201306;上海海事大学物流工程学院,上海201306;上海海事大学材料科学与工程研究院,上海201306;上海海事大学材料科学与工程研究院,上海201306
【正文语种】中文
【中图分类】TG156.99
【相关文献】
1.激光熔覆生物陶瓷涂层温度场模拟 [J], 张冬明;鲍雨梅;高海明;许景顺
2.钛合金表面激光熔覆TiC/NiCrBSi涂层温度场有限元模拟 [J], 雷贻文;孙荣禄;唐
英
3.激光熔覆生物陶瓷涂层温度场的数值模拟 [J], 邓迟;张亚平;高家诚;王远亮;王勇;戴彩云
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5.3D激光熔覆陶瓷-金属复合涂层温度场的有限元仿真与计算 [J], 应丽霞;王黎钦;陈观慈;古乐;郑德治;李文忠
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激光粉末床熔融WC-12Co硬质合金温度场模拟

第 2 期第 50-59 页材料工程Vol.52Feb. 2024Journal of Materials EngineeringNo.2pp.50-59第 52 卷2024 年 2 月激光粉末床熔融WC -12Co 硬质合金温度场模拟Temperature field simulation on WC -12Co cemented carbide formed by laser powder bed fusion牛玉玲1，李晓峰1*，赵宇霞1，张利2，刘斌1，白培康1（1 中北大学材料科学与工程学院，太原 030051；2 中北大学机械工程学院，太原 030051）NIU Yuling 1，LI Xiaofeng 1*，ZHAO Yuxia 1，ZHANG Li 2，LIU Bin 1，BAI Peikang 1（1 School of Materials Science and Engineering ，North University of China ，Taiyuan 030051，China ；2 School of Mechanical Engineering ，North University of China ，Taiyuan 030051，China ）摘要：结合有限元软件ANSYS 建立三维有限元热模型，利用APDL 命令及生死单元方法实现对高斯热源的施加和WC -12Co 硬质合金打印过程的模拟，得到WC -12Co 硬质合金在激光粉末床熔融（LPBF ）成形过程中的温度场分布，研究不同工艺参数（激光功率、扫描速度）对温度场分布及熔池特征的影响。

结果表明：WC -12Co 硬质合金在LPBF 过程成形时，利用有限元能够有效模拟其成形过程。

位于热源前部的等温线比尾部更为密集，温度梯度更大；而扫描路径终端边缘处熔池中心的温度最高。

随着激光功率的增大和扫描速度的减小，熔池宽度、深度和长度均相应增大。

激光熔化沉积30CrNi2MoVA温度场数值模拟研究

激光熔化沉积30CrNi2MoVA温度场数值模拟研究
丁鑫钰;李伟;张煜杭;陈龙庆;王宗平;殷鸣
【期刊名称】《制造技术与机床》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】30CrNi2MoVA钢被广泛用于军工炮管制备,由于工作环境恶劣,其零件表面易出现磨损、裂纹等损伤,常采用激光熔化沉积技术(laser melting deposition,LMD)完成表面修复工作。

LMD过程中的热行为决定了材料组织演变从而影响零件的表面质量及力学性能。

基于ABAQUS搭建LMD过程
30CrNi2MoVA钢的温度场有限元模型。

研究LMD过程中温度场的分布以及加工工艺参数对温度场的影响,分析了薄壁件沉积过程中的热历史及传热特征,并设计了相关实验验证模型的适用性。

结果表明:LMD温度场沿扫描方向呈对称分布,激光功率每增大100 W,熔池最高温度增加约40℃,扫描速度则相反。

随着沉积层数上升,热积累效应增大,熔池峰值温度升高,冷却速度降低。

【总页数】7页(P19-25)
【作者】丁鑫钰;李伟;张煜杭;陈龙庆;王宗平;殷鸣
【作者单位】四川大学机械工程学院;四川大学原子核科学技术研究所教育部辐射物理与技术重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TG485
【相关文献】
1.激光熔化沉积Inconel718合金\r温度场及形貌的数值模拟
2.基于
30CrNi2MoVA的激光熔化沉积工艺参数研究3.不同扫描策略下钛合金选择性激光熔化过程层间温度场的数值模拟4.激光熔化沉积成形过程数值模拟研究现状5.选择性激光熔化成形高熵合金CoCrFeMnNi的温度场数值模拟研究
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激光加工过程中温度场和应力场的模拟分析

激光加工过程中温度场和应力场的模拟分析激光加工技术是一种现代高精度、高效加工方法，具有高能量密度、快速加工等特点。

在激光加工中，温度场和应力场是两个重要的研究对象。

温度场和应力场的模拟分析对激光加工工艺的优化和加工质量的控制具有重要意义。

1. 温度场分析温度场是激光加工过程中很重要的一个参考指标。

温度场分析旨在确定在激光加工过程中，材料表面的温度分布情况，为制定合理的激光加工工艺提供依据。

温度场分析可以通过数值模拟的方法进行。

在数值模拟过程中，需要考虑激光功率、扫描速度、激光束直径、材料吸收系数等一系列参数。

这些参数对温度场分析结果的影响都非常显著。

在温度场分析中，常使用的数学模型有热传导方程、能量方程和辐射传热方程。

其中热传导方程是最基本的模型，它可以用来描述材料内部的温度分布情况。

能量方程适用于激光加工中的熔化和蒸发过程。

辐射传热方程则适用于热源和材料之间的辐射换热。

2. 应力场分析应力场是指在激光加工过程中，由于温度变化而引起的材料内部应力分布情况。

应力场分析可以用于预测材料的变形和裂纹等问题，并为工艺优化提供依据。

应力场分析通常包括两个主要的方面：材料的热应力和残余应力。

热应力是指由于温度变化而引起的应力变化；残余应力是指激光加工后，材料内部由于温度变化而引起的应力分布情况。

应力场分析的数值模拟方法主要包括有限元模拟和解析计算方法。

有限元模拟方法通常用于复杂结构中应力场的分析，而解析计算方法则适用于简单结构的应力分析。

3. 结论在激光加工过程中，温度场和应力场的分析是激光加工研究的重要方向。

理论分析和数值模拟是温度场和应力场分析的两种主要方法。

温度场分析可以为激光加工工艺的优化和质量控制提供依据，而应力场分析则可以预测材料的变形和裂纹等问题，为工艺优化提供依据。

未来，随着技术的发展，对于激光加工温度场和应力场的研究仍然具有重要的意义。

试论激光熔覆数值模拟过程中的热源模型

２热源模型的模拟对比分析．
基于对ｇｕｓ曲面模型的模拟程度的检验．我们选择正常的平板ａｓ焊接作为研究支点．行实际的模拟．进然后将模拟值与实验值进行对比分析。采用Ｇｕｓａｓ曲面模型进行计算时．采取弧线形激光束进行照射．输入功率ｕ３０Ｗ。＝００熔覆速度为Ｏ１／．ｍｓ０因为所输入的热流都集中在较小的基体材料表面．导致裂缝中心处的最高温度达到７０Ｋ左右．００这会导致极大的偏差所以我们初步得出结论．能量较为集中的熔在覆过程中．如果我们采用弧状激光束．就将会错误地估计对温度场影响，从而导致计算结果的不准确。所以我们只有选择直线型的激光束来照射ＧＵＳ曲面热源模型．ａＳ以取得较好的模拟结果为了更好地进行数值模拟．我们选择直线型激光束继续熔覆的模拟实验．记录和测量此次激光熔覆过程中的变形值以及残余应力．并对比计算值与测量结果的差异。此次激光束的发出设备选择高压激光束发射机．本次实验采取的熔覆工艺与弧线形实验保持一致．在熔覆材料的表面冷却之后．选择盲孔法来测量残余应力．并结合基准平面
ｒ一ｃ … ２２］３．、
ｍ，）（）ｌ（ｙ＝０ｐｘ，ｍ，ｚ０【
Ｊ（）｝７
由上面数学模型，我们不难看出，只要给定热源的高度Ｋ功率、ｕ、截面半径或者热源形状的集中系数Ｃ，们就可以依据（）ｉ我６式进行热流密度ｍＯ）（，的计算．０然后代人到（）中．７式就可以得到ｇａ。曲面的热源模型了

激光辐照下金属／炸药结构三维温度场的数值模拟

焦路光，国民赵
（防科学技术大学光电科学与工程学院，国湖南长沙４０７）１０３摘要：据实验测量得到的钢靶表面能量耦合系数随温度的变化规律，考虑金属材料的物性参数根
随温度的变化及表面发生的熔凝过程，立了连续激光作用下金属／药结构内部三维温度场分布的建炸
第４０卷第９期
Ｖｏ１０．ＮＯ．４９
红外与激光工程
ＩｆａｅｎｓｒＥｎｉｅｒｇｎｒｒｄａｄＬａｅｇｎｅｉｎ
２１０１年９月
Ｓｐ０１ｅ．２１
激光辐照下金属／药结构三维温度场的数值模拟炸
１０４ｎ，ｔｅｔｒｅｄｍｅｉｎｌｔｍｐｒｔｒｆｅｄｏｅａ／ｘ１ｓｖｔｕｔｒｉｒｄａｅｙｏｔｎｏｓ６ｍｈｈｅ — ｉｎｓｏａｅｅａｕｅｉｌｆａｍｔ１ｅｐＯｉｅｓｒｃｕｅｒａｉｔｄｂｃｎｉｕｕｌｓｒｗａｃｌｕａｅａｅｓａｃｌｔｄ．Ｉｔｅｕｅｉａｍｏｅ，ｔｅｈｓ — ｈｎｅｒｃｓａｄｈｅｅｐｒｔｒ — ｅｅｄｎｔｎｈｎｍｒｃｌｄｌｈｐａｅｃａｇｐｏｅｓｎｔｔｍｅａｕｅｄｐｎｅｍａｅｉｒｐｒｉｓｏｅｍｅａｅｅｌｏｔｋｎｉｔａｃｕｔｔｒａｐｏｅｔｆｔｔｌｗｒａｓａｅｎｏｃｏｎ．Ｕｓｎｉｏｅ，ｔｅｔｍｐｒｔｒｉｌｓｏｌｅｈｉｇｔｓｍｄｌｈｅｅａｕｅｆｅｄｆｈｔｅｍｅａ／ｘｌｓＶｔｕｔｒｔｉｆｒｎｅａａｉｇｔｉｋｅｓｗｅｅｃｍｐｒｄ．Ｔｈｎｔｅｐｓｉｉｔｆｈｔ１ｅｐＯｉｅｓｒｃｕｅｗｉｈｄｆｅｅｔｍｔｌｃｓｎｈｃｎｓｒｏａｅｅｏｓｂｌｙｏｈｉｔｅｈｅｍａｅｐｏｉｎｆｈｅｐｏｉｅｈｔｒｌｘｌｓｏｏｔｅｘｌｓｖｗａａａｙｅｓｎｌｚｄ．Ｉｓｈｗｎｈｔｈｅｅｐｒｔｒｒｓｂｃｍｅｔｓｏｔａｔｔｍｅａｕｅｉｅｅｏｉｓ

连续移动三维瞬态激光熔池温度场数值模拟

收稿日期：２００３０７一０７；收到修改稿日期：２００３～１１—１０基金项目：中国科学院“知识创新工程”重大项目（ＫＧＣｘｌ—１１）资助课题。作者简介：席明哲（１９６８一），男，河南人，博士，主要从事激光直接成形金属零件的研究。Ｅ＿ｍａｉｌ：ｘｉｍｉｎｇｚｈｅ＠２６３．ｎｅｔ
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激
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AlSi10Mg粉末激光选区熔化温度场的数值模拟

粉末激光选区熔化温度场的数值模拟杜洋,乔凤斌,郭立杰,李鹏,朱小刚（上海航天设备制造总厂有限公司，上海200245）摘要：使用有限元软件Ansys模拟AlSi10Mg激光选区熔化过程的温度场。

考虑材料的热物性参数及激光能量吸收率随温度变化的特性，将激光热源视为三维高斯体热源，实现在粉床上的移动加载，实时进行材料由粉末态转化为实体态的单元属性转变，研究激光功率、扫描速度及扫描间距对粉床热行为的影响。

结果表明：熔池最高温度、熔池尺寸及冷却速度随激光功率的增大逐渐增大；熔池最高温度与熔池尺寸随扫描速度的增大逐渐减小，熔池冷却速度随扫描速度的增大逐渐增大；扫描间距对熔池的最高温度、冷却速度及熔池尺寸影响不大，但扫描间距过大容易形成孔洞缺陷。

关键词：激光选区熔化；有限元；温度场；工艺参数中图分类号：TG113文献标志码：A文章编号：1001-2303（2018）08-0034-10 DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2018.08.07Numerical simulation of selective laser melting temperature field of AlSi10Mg powderDU Yang，QIAO Fengbin，GUO Lijie，LI Peng，ZHU Xiaogang（Shanghai Aerospace Equipments Manufacturer Co.，Ltd.，Shanghai200245，China）Abstract：Finite element software ANSYS is used to simulate the temperature field of the selective laser melting of AlSi10Mg powder. Considering the characteristics of the thermophysical property of the material and the laser energy absorption rate varying with temperature,the laser heat source is regarded as a three-dimensional Gaussian heat source for moving loading on the powder bed. During the loading process of the heat source，the conversion of the properties of the material from the powder state to the solid state is realized in real time.The effects of the laser power，scanning speed and scanning interval on the thermal behavior of the powder bed are studied.The results show that the maximum temperature，size and cooling rate of the molten pool increase as the laser power increases.The maximum temperature and size of the molten pool decrease as the scanning speed increases，however，the cooling rate of the molten pool increases as the scanning speed increases.The scanning interval has little effect on the maximum temperature，size and cooling rate of the molten pool，but too large scanning interval is likely to cause hole defects.Key words：selective laser melting；finite element；temperature field；technological parameters本文参考文献引用格式：杜洋，乔凤斌，郭立杰，等.AlSi10Mg粉末激光选区熔化温度场的数值模拟[J].电焊机，2018，48（08）：34-43.收稿日期:2018-04-04；修回日期:2018-06-23作者简介:杜洋（1993—），男，在读硕士，主要从事3D打印过程数值模拟及工艺参数优化方向的研究。

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基于生死单元的激光熔覆温度场数值模拟基于生死单元的激光熔覆温度场数值模拟摘要:计算了不同激光功率条件下粉末颗粒到达基底前的温升，并以粉末颗粒到达基底前的温度为初始条件。

用生死单元法研究了单通道和多通道激光熔覆温度场。

利用熔池的大小和形态，验证了模型的可靠性。

结果表明，粉末颗粒的温升与激光功率呈线性关系。

单个包层的温度变化是锯齿状的。

温升过程近似为直线，温降曲线近似为双曲线。

在多通道熔覆过程中，温度场呈微椭圆形。

节点上的热循环经过一个逐渐增加的峰值。

峰值温度最终趋于稳定。

0系列激光熔覆根据送粉工艺不同可分为两种类型，即粉末预置法和同步送粉法。

本发明具有易于自动控制、激光能量吸收率高、无内部气孔的优点。

特别是对于覆层金属陶瓷，覆层的抗裂性可以显著提高，并且硬质陶瓷相可以均匀地分布在覆层中。

有广阔的应用空间。

国内学者利用ANSYS [1-4对激光熔覆过程的温度场和应力场进行了大量的研究工作。

目前，利用ANSYS模拟激光熔覆温度场的研究没有考虑激光束与粉末的相互作用。

事实上，激光束首先作用于粉末。

除了损失的能量，部分激光束被包覆粉末吸收。

另一部分通过粉末被基质吸收。

除了直接吸收激光束能量，基质还吸收从粉末转移到基质的能量。

因此，有必要在仿真前弄清激光能量的分布，使所建立的模型更接近实际，仿真结果更有说服力。

本文将粉末在到达基体前吸收能量后的温升作为初始温度场加载到基体上。

同时，利用有限元分析软件ANSYS中的生死单元技术模拟了熔覆单元的生长过程。

高斯体热源加载基体吸收的能量，模拟送粉激光熔覆的温度场分布。

在此基础上，模拟了多道次激光熔覆的温度场，研究了多道次激光熔覆的温度场。

当屏蔽激光时，1粉末到达基体前的温度为粉末。

它还吸收部分激光能量，从而提高其温度。

事实上，粒子直接吸收激光辐射能量并发射辐射能量，而不考虑等离子体的影响(能量密度低于105W /cm2)。

在空气中，粉末颗粒也因空气对流而耗散能量，并且颗粒也相互加热。

这些能量在总能量中的比例非常小。

目前，关于粉体颗粒温升的模型很少。

此外，有必要在模型[5]中建立假设条件。

为了便于计算，模型中假设:(1)气体-粉末射流中粉末颗粒的体积分数很低，并且受到激光反射、折射、颗粒离子间相互加热和束屏蔽等的影响。

可以忽略。

(2)粉末颗粒是半径为rP的球体。

由于粉末颗粒足够小，它们被认为是能量计算中的一个点。

颗粒的导热性是无限的，即粉末颗粒的温度被认为是均匀的，并且在光接收表面和背光表面之间没有差异。

(3)粉末颗粒仅吸收光接收表面上的能量，但是外部辐射发生在整个球体的表面上。

(4)粉末不吸收来自基质的光反射。

基于上述假设，粉末颗粒的温升可以根据颗粒的能量方程来计算。

这个方程是一个非线性方程。

利用Matlab软件，采用迭代法求解方程。

当激光功率P=2 kW时，方程的解在1500 ~ 1600k范围内，因此初始值被设置为t = 1500k，并且通过迭代发现方程的一个实根是t = 1570k。

改变激光功率，获得了当粉末离子在不同激光功率下到达衬底时的温度，如图1所示，随着激光功率增加，粉末颗粒的温升在到达基体之前逐渐增加，并且以近似线性的关系增加。

当激光功率P = 1，500 W时，计算出粉末颗粒的温升T = 1，267 K，而Ni60粉末的熔点约为1，300 K。

这表明当激光功率低于1，500 W时，粉末在到达基体之前不会熔化，因此粉末颗粒将以固体颗粒的形式与基体碰撞，飞溅严重。

即使一些粉末颗粒熔化形成熔池，也不能保证基体的渗透。

当激光功率P=3时。

0 kW，T=2 111 K，粉末颗粒的温度远高于熔点温度，这将导致一些粉末颗粒的燃烧损失。

因此，在实际生产中，激光功率应控制在±的合理范围内。

图1激光功率对单个激光熔覆层的粉末颗粒温度曲线图11模型。

在建立热源模型的过程中，粉末在到达衬底之前与激光束相互作用。

激光束对粉末的影响是通过初始温度vT实现的，即假设在粉末飞行过程中吸收的所有有效能量都用于加热并作为初始温度场施加到包层单元。

根据毕加索的理论，基体吸收的能量可分为两部分:直接吸收和粉末传热。

基体直接吸收的热量是通过体热源的形式实现的。

用APDL语言编写了热源移动过程的程序。

在实际操作中，总是使用全局笛卡尔坐标系作为解的坐标系，并且在局部坐标系下施加载荷。

因此，从全局坐标系到局部坐标系的变换是通过包层方向的坐标变换来实现的，即z=Z-vt (1): Z是全局笛卡尔坐标系下的坐标；z是局部笛卡尔坐标系中的坐标；v是光源移动的速度；t是光源移动的时间。

利用ANSYS中的生死单元技术模拟包层单元的生长过程。

在计算开始时，所有包层单元都设置为/dead 0单元。

在每个随后的计算步骤中，首先确定所有/死亡的0细胞是否落入激光束的照射区域。

如果它们落入激光束的照射区域，它们将被激活并包含在计算模型中。

2.1热源模型中粉末颗粒的温升通过解析计算。

被衬底直接吸收的激光束热源模型使用圆柱形高斯体热源来模拟包层和衬底中的三维分布和热传导。

体热密度表示为Q = Qmeexp(-3R 2/R2A)EXP(-BZ)(2)R =(V t-x)2+Y2(3)QM = CPPABH(4)，其中QM是加热点中心的最大热流；b是激光体的热密度沿厚度方向的衰减系数；r是从某一深度的任何一点(x，y)到物体热流中心的距离；Ra是激光的有效作用半径。

a和b是高斯热源的长轴和短轴；h是包层深度；c是基质对激光的吸收系数。

2.2材料热物性参数激光熔覆工艺是加热)熔化)凝固)冷却工艺，包括相变。

相变热模型在数学上是一个强非线性问题，使得计算困难。

对于Q235基体材料，在糊状熔化区调整比热容c=$H/$T，以近似计算[6]。

其中，$H是熔化潜热，$T是熔化温度区间。

粉末颗粒的熔化潜热为$HP=0。

26焦耳/毫克，比热容c=4。

59@108J/kge，熔化温度区间为[1 230 K，基体材料的熔化潜热1 310K]HW = 0.273 9j/mg。

ni60自熔合金的密度取值为8。

常温下为378@103kg/m3。

为了获得一个好的收敛解，牛顿延拓法的线性搜索被激活。

3单个激光熔覆温度场的模拟考虑了对称性。

取1/2的工件进行分析。

八节点六面体等参元用于离散工件。

为了保证计算精度，网格在包层及其邻近部分进行细化。

该程序是利用生死元素技术编制的。

首先，包层的个元素存储在预定义的阵列中，所有元素都被0杀死。

然后，建立局部坐标系，通过*DO循环实现光斑的运动。

判断包层单元是否在激光光斑范围内，如果有，激活该单元，如果没有，直接进入下一个周期。

将粉末颗粒的温升作为初始载荷加载到激活的包覆单元。

矩阵直接吸收的能量通过高斯体热源施加。

高斯函数是用ANSYS内置的函数编辑器编写的。

粉末进料速率va = 71。

模拟了熔覆层随着激光光斑的移动而逐渐生长的过程。

图2是当衬底温度降低时的温度场的等值面图。

在图中，最高温度区域的边界，即温度0。

衬底对称面上距衬底上表面50毫米处为1 653 K，衬底熔化温度为1 670 K，衬底穿透深度为0。

50毫米，这与实际检测结果0。

基于生死单元的激光熔覆温度场数值模拟83。

通过这种测定熔点的方法，确定熔融宽度为216毫米。

与2的测量结果吻合较好。

图3示出了测试样品包层的金相结构和数值模拟形态的比较。

图2衬底温度场等值面图图2衬底温度场等值面图图3样品图3金属图形薄膜和熔池温度场的金相形态和数值模拟形态对比根据以上分析，本文采用的模型合理可行，可以进行下一步的模拟分析图4示出了包层中序列号为740的节点(x=0.000，Y=0。

000 8 m，z=0。

021米)。

当时间t=6时。

667秒，光斑开始被激光光斑直接照射，温度迅速上升。

当t=7时。

0秒，激光光斑的中心移动到该点，温度上升到最高点。

当t=7时。

333秒，光点移出该点，该点的温度迅速下降。

温升曲线近似为直线。

冷却曲线的曲线近似为双曲线的一个分支，整个曲线呈锯齿状。

计算曲线的导数。

此时可以得到温度变化率曲线。

图4温度变化曲线图14温度变化4实现多通道激光熔覆温度场模拟4.1多通道重叠激光熔覆模型激光功率为2。

0千瓦，扫描速率为3。

0毫米/秒，送粉速度为71。

根据上述熔覆粉末到达基底时的温度计算，初始温度为1 570 K。

为了节省计算时间，仅覆盖三个熔覆道次，重叠率为20%。

这是因为有许多包层数据文件，输出负载步进数超过1000。

为了分析包层上的热循环，在第一个顶点取点A，在第二个和第三个顶点取点B和点C，分析不同包层上相同位置点的热循环。

图5是多通道研磨和拾取点的示意图。

图5是多通道搭接顺序和拾取点图15的示意图，顺序为多通道激光熔覆和拾取点4.2多通道搭接激光熔覆16的模拟结果分析。

包层需要667 s。

激光返回时间设置为1秒，即通道间重叠时间间隔为1秒。

完成熔覆和在空气中冷却大约需要52秒。

图6示出了第一激光返回过程结束时，即第二激光返回过程结束时的温度场分布。

虽然返回时间很短，但温度场变化很大。

最高温度为861 K，接近最低温度630 K，温度场趋于平衡。

图7示出了第三包层工艺中某一时刻的温度场分布，其示出了温度场呈延迟的部分椭圆形状。

也就是说，温度为度的场椭圆没有光斑图6多通道熔覆温度场云图图16作为第二个刚完成的的温度场轮廓中心对称，但它向熔覆层已经形成的一侧倾斜，这是多通道温度场不同于单通道熔覆的地方。

多通道包层形成部分椭圆形的原因。

原因是形成包层的前一次通过首先对随后的包层有影响，并且包层首先具有相对于非包层区域的初始温度差。

因此温度场不能沿扫描线对称。

图7温度场分布云图图17温度场等值线如权利要求3所述根据图5所示的取点方法，分析每个包层上的热循环。

图8中示出了点a、b和c处的温度随时间的变化。

从图8可以看出，三条曲线上的最高峰值温度逐渐增加，因为点a是第一包层上的点，点b和c 分别是第二和第三包层上的点。

前一道次的熔覆相当于后续道次的预热熔覆。

图8 A和B以及C点温度变化曲线图18 A、B和C点温度变化5结论(1)激光熔覆送粉过程的模拟计算是通过ANSYS生死单元技术实现的。

实验证明，该模型用于模拟送粉激光熔覆温度场是合理的。

发现粒子温升与激光功率之间存在线性关系。

(2)模拟表明，单程熔覆过程中熔覆层的温度变化呈锯齿形，加热过程近似呈线性上升，冷却曲线近似呈双曲线分支。

(3)多道次熔覆过程中的温度场呈现延迟的部分椭圆形状。

也就是说，温度场椭圆向已经形成包层的一侧倾斜。

后一层的最高温度高于前一层，与衬底或包层上的点无关。

然而，随着熔覆道次的增加，最高温度将趋于稳定。

图8 A和图8B及图8C温度变化曲线图18 A点、B点和C点的温度变化5结论(1)激光熔覆送粉过程的模拟计算是通过ANSYS生死单元技术实现的。