深熔激光焊接熔池温度场的数值模拟

激光制造中光束熔化过程的数值模拟激光制造中的光束熔化过程是现代制造业中一项重要的技术，它能够将高密度的能量精确定向到材料表面，使其在瞬间熔化并凝固成为所需要的形态。

在激光制造工艺中，光束熔化过程的数值模拟是至关重要的，它可以对加工过程中的温度、速度、形态等参数进行预测和分析，从而帮助制造工程师优化加工参数，提高制造效率和品质。

一、激光制造中的光束熔化过程激光制造是一种高精度、高效率的制造技术，它使用激光束将能量定向到材料表面，使其熔化或蒸发，并以特定的形态凝固成为所需的工件。

光束熔化是激光制造中最常用的加工方法之一，它通过光束对工件表面进行扫描，使材料表面经过高密度的能量瞬间熔化，形成液态态的金属或塑料，随后再利用冷却过程使其凝固形成所需要的形态。

二、光束熔化过程的数值模拟光束熔化过程的数值模拟是激光制造过程中的重要环节，它可以对加工过程中的温度、速度、形态等参数进行预测和分析，从而帮助制造工程师优化加工参数，提高制造效率和品质。

数值模拟方法可以基于几种光束熔化的物理过程，如热输运、相变、流体力学等，使用数学模型对加工过程进行建模和仿真。

通常，数值模拟方法可以在计算机上执行，可将实验成本降至最低，同时大大减少加工发生错误的风险。

在模拟过程中，工程师通常使用有限元或有限体积法对材料、能量传输、相变、流体力学等问题进行建模和求解。

这种方法是编程复杂，需要相应的数学和物理知识。

三、数值模拟在激光制造中的应用实例数值模拟的应用使工程师能够更快地理解激光制造的物理特性，并使他们能够针对特定应用场合制定最佳加工方案。

以下是数值模拟在激光制造中的一些典型应用场景：1.优化激光加工参数数值模拟可以为激光加工过程提供深入的了解，从而发现材料的变化、熔池的形成和热应力等问题。

这些都有助于工程师进行参数优化，以实现更高的精度、更高的效率和更高的质量。

2.预测材料变化和形变数值模拟也可以帮助工程师预测熔化和固化过程中材料变形和形状变化。

焊接热过程数值模拟的主要任务及其意义一、引言焊接技术在现代工业中具有重要的地位，但是焊接过程中存在着许多问题，如焊缝质量不稳定、变形过大等。

为了解决这些问题，研究人员利用数值模拟技术对焊接热过程进行了模拟分析。

本文将介绍焊接热过程数值模拟的主要任务及其意义。

二、任务1. 焊接热源建模在焊接过程中，热源是产生温度场和应力场的主要因素之一。

因此，建立准确的热源模型对于预测温度和应力场分布非常重要。

目前常用的热源模型有高斯函数、双高斯函数和移动点源等。

2. 材料性能建模材料性能是影响焊缝质量和变形度的重要因素之一。

材料性能建模包括材料塑性行为、导热系数、比热容等参数的确定。

通过这些参数的确定可以更准确地预测温度场和应力场分布。

3. 焊接过程仿真根据上述两个步骤得到的数据进行计算机仿真，预测出焊接过程中的温度场和应力场分布。

通过仿真结果可以预测焊缝质量和变形度，并且可以为实际焊接工艺提供参考。

三、意义1. 优化焊接工艺通过数值模拟技术，可以预测出焊接过程中的温度场和应力场分布，从而优化焊接工艺，提高焊缝质量和减小变形度。

2. 减少试验成本传统的焊接工艺设计需要进行大量的试验才能确定最佳方案，这不仅耗费时间而且成本高昂。

而通过数值模拟技术可以在计算机上进行仿真实验，避免了试验成本的浪费。

3. 提高生产效率采用数值模拟技术可以快速地评估不同的焊接工艺方案，从而选择最优方案并加以应用。

这样可以大大提高生产效率。

4. 推动科学研究数值模拟技术在研究领域中有着广泛的应用。

通过对焊接热过程进行数值模拟，可以深入了解材料行为、热传递规律等基础知识，并且为新材料的研究提供了参考。

四、总结焊接热过程数值模拟技术在现代工业中具有重要的地位。

通过建立准确的热源模型和材料性能模型，进行计算机仿真，可以预测出焊接过程中的温度场和应力场分布，优化焊接工艺，减少试验成本，提高生产效率，并且推动科学研究的发展。

激光熔覆残余应力场的数值模拟随着工业技术的发展，激光熔覆成为一种重要的表面处理技术。

在激光熔覆过程中，由于材料迅速升温和迅速冷却，会导致残余应力的产生。

残余应力对材料的性能和稳定性有重要影响，因此研究和预测激光熔覆残余应力场的分布是至关重要的。

为了准确地模拟激光熔覆残余应力场，研究人员采用了数值模拟的方法。

数值模拟是一种基于计算机模型的方法，通过建立相应的数学模型和物理模型，运用数值计算的方法来分析和预测研究对象的行为和性能。

在激光熔覆残余应力场的数值模拟中，首先需要确定研究对象的材料性质、几何形状、熔覆参数等。

然后，利用有限元法进行数值计算。

有限元法是一种常用的数值计算方法，通过将整个计算区域划分为许多小的单元，然后利用力、应变、位移等物理量在单元内部的近似关系和全局连续性，得到整个计算区域的应力场分布。

这样就可以得到激光熔覆残余应力场的数值模拟结果。

激光熔覆残余应力场的数值模拟是一个复杂的过程。

首先，需要对激光熔覆过程进行数值建模。

通过建立热传导模型，考虑激光辐射传热、材料熔化和凝固等过程，可以得到熔覆区域的温度场分布。

然后，利用热应力理论，结合材料的热力学性质和力学性质，得到熔覆区域的应力场分布。

最后，考虑材料的变形和应力释放，可以得到残余应力场的分布。

激光熔覆残余应力场的数值模拟可以帮助研究人员深入了解熔覆过程中的温度场和应力场变化规律。

通过对不同工艺参数、材料性质等因素的数值分析，可以指导实际工艺的优化和改进。

此外，数值模拟还可以用于预测材料在使用过程中的残余应力和变形情况，为材料的设计和使用提供参考。

然而，激光熔覆残余应力场的数值模拟也存在一些挑战和限制。

首先，激光熔覆过程涉及到多个物理现象的耦合，涉及的物理量多且复杂，对模型的准确性和计算的稳定性提出了要求。

其次，材料的性质和参数往往存在不确定性，如热传导系数、热膨胀系数等。

这些不确定性会影响数值模拟结果的准确性和可靠性。

另外，数值模拟结果还受到模型假设和边界条件的影响，模型的选择和参数的设定也对结果有一定的影响。

激光熔覆的温度（原创版）目录一、激光熔覆温度场模拟与表征的研究现状二、激光熔覆温度场模拟与表征的重要性三、激光熔覆温度场模拟与表征的方法四、激光熔覆温度场模拟与表征的研究发展趋势正文激光熔覆温度场模拟与表征的研究现状激光熔覆是一种重要的金属表面处理技术，其通过高能激光束对金属表面进行扫描，使金属表面熔化并形成新的熔覆层，从而改善金属表面的性能。

在激光熔覆过程中，温度场的变化对熔覆层组织和性能产生重要影响。

因此，对激光熔覆温度场进行模拟与表征具有重要的研究意义。

激光熔覆温度场模拟与表征的重要性激光熔覆温度场模拟与表征的研究对于深入理解激光熔覆过程中的物理冶金机制具有重要意义。

通过对温度场的模拟与表征，可以揭示熔池内部存在的传质、传热、对流及气 - 液-固界面间的反应等复杂过程，从而为优化激光熔覆工艺提供理论依据。

此外，通过研究温度场变化对熔覆层组织和性能的影响，有助于提高熔覆层的质量和性能，进一步推动激光熔覆技术的发展。

激光熔覆温度场模拟与表征的方法目前，激光熔覆温度场模拟与表征的方法主要包括实验测试和数值模拟两种。

实验测试方法主要包括热电偶测量、红外热像技术等，可以直接测量熔池内部的温度分布。

数值模拟方法则主要采用有限元分析（FEA）和计算流体力学（CFD）等方法，可以对熔池内部的温度场进行数值仿真。

这些方法各有优缺点，相互补充，共同推动激光熔覆温度场模拟与表征的研究。

激光熔覆温度场模拟与表征的研究发展趋势随着激光熔覆技术的不断发展和应用，激光熔覆温度场模拟与表征的研究也将不断深入。

未来，研究者们将更加关注熔池内部的多物理场耦合问题，如热流耦合、热应力耦合等。

此外，随着计算机技术的不断进步，数值模拟方法在激光熔覆温度场模拟与表征中的应用也将更加广泛。

Ｖｏｌ．２４Ｎｏ．４安徽工业大学学报第２４卷第４期Ｏｃｔｏｂｅｒ２００７Ｊ．ｏｆＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００７年１０月文章编号：１６７１－７８７２（２００７）０４－０３８４－０５Ｔ型接头激光焊接的温度场和应力场的数值模拟丁林，周永涛，李明喜（安徽工业大学材料科学与工程学院，安徽马鞍山２４３００２）摘要：基于ＳＹＳＷＥＬＤ的焊接分析功能，采用有限元方法研究激光动态焊接过程中温度场、应力场、应变场的变化情况，应用ＳＹＳＷＥＬＤ软件的校正工具对三维高斯热源进行校核。

考虑各相的热物理性能参数与温度的非线性关系，建立焊接过程的数学模型和物理模型，以不锈钢Ｘ５ＣｒＮｉ１８１０为例，对Ｔ型接头进行三维动态模拟。

结果表明：随焊接速度的减小，热循环在高温时刻停留时间增加，冷却速度减慢；随着远离起始端距离的增加拉应力值逐渐减小转变为压应力，最后趋向零。

关键词：温度场；应力场；应变场；有限元法中图分类号：ＴＧ４０２文献标识码：ＡＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＦｉｅｌｄａｎｄＳｔｒｅｓｓＦｉｅｌｄｏｆＴ－ｊｏｉｎｔＤＩＮＧＬｉｎ，ＺＨＯＵＹｏｎｇ－ｔａｏ，ＬＩＭｉｎｇ－ｘｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａ＇ａｎｓｈａｎ２４３００２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ，ｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄａｎｄｓｔｒａｉｎｆｉｅｌｄｄｕｒｉｎｇｌａｓｅｒｗｅｌｄｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＳＹＳＷＥＬＤｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｈｅａｔｓｏｕｒｃｅｉｓｍｏｄｉｆｉｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｏｏｌｓｕｐｐｌｉｅｄｂｙＳＹＳＷＥＬＤｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｔｈｅｒｍｏ－ｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗｅｒｅｔａｋｅｎｉｎｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ．Ｔ－ｊｏｉｎｔｗｅｌｄｉｎｇｏｆｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌＸ５ＣｒＮｉ１８１０ｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄ３Ｄｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｃｅａｓｅｉｎｇｔｉｍｅｏｆｈｅａｔ－ｃｙｃｌｅｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄａｎｄｃｏｏｌｉｎｇｖｅｌｏｃｉｔｙｉｓａｌｓｏｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆｗｅｌｄｉｎｇｖｅｌｏｃｉｔｙ．Ｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｄｉｓｔａｎｃｅ，ｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓｉｓｔｒａｎｓｌａｔｅｄｉｎｔｏｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｓｓａｎｄｔｅｎｄｓｔｏｚｅｒｏ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ；ｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ；ｓｔｒａｉｎｆｉｅｌｄ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ近年来，随着计算机技术和仿真算法的发展、完善，焊接模拟技术变得越来越重要，它不仅能够有效地提高产品的经济效益，还可以节省大量的时间。

基于ANSYS的D500钢激光焊接温度场数值模拟许新猴;赵小强;翟文刚;康泽军;李先芬;周伟【期刊名称】《精密成形工程》【年(卷),期】2015(000)003【摘要】目的：研究D500钢激光焊接温度场的变化。

方法运用ANSYS有限元分析软件，以5 mm厚D500钢为研究对象，采用均匀分布的柱体热源与椭球热源组合的方法，建立了激光焊接热源模型。

对D500钢激光焊接温度场进行了模拟计算，并与实验所得焊缝形状及尺寸进行了比较分析。

结果结果表明，数值模拟所得焊缝截面尺寸与实验结果一致性达到95%以上。

结论验证了柱体热源与椭球热源的组合热源模型在D500钢激光深熔焊接温度场模拟中的适用性，从而为不同焊接工艺条件下D500钢激光焊接焊缝形状和尺寸的预测，提供了一种有效的途径。

【总页数】4页(P48-51)【作者】许新猴;赵小强;翟文刚;康泽军;李先芬;周伟【作者单位】合肥工业大学材料科学与工程学院，合肥230009;合肥工业大学材料科学与工程学院，合肥230009;合肥工业大学材料科学与工程学院，合肥230009;合肥工业大学材料科学与工程学院，合肥230009;合肥工业大学材料科学与工程学院，合肥230009;合肥工业大学材料科学与工程学院，合肥230009; 新加坡南洋理工大学机械与宇航工程学院，新加坡639798【正文语种】中文【中图分类】TG456.7【相关文献】1.基于ANSYS的激光焊接温度场数值模拟与实验研究 [J], 张立艳;董万鹏;刘雅芳;张学奇2.D500钢激光焊接数值模拟 [J], 许新猴;李先芬;赵小强;周伟3.基于ANSYS的管线钢堆焊温度场数值模拟 [J], 张宏;陈鹏4.ANSYS在激光焊接温度场数值模拟中的应用 [J], 吴祥兴;胡伦骥;杜汉斌;胡席远5.基于ANSYS的X80管线钢MIG焊温度场数值模拟 [J], 侯阳;周建平;许波;李雪芝;王恪典因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

激光焊接接头熔池行为模拟与实验验证激光焊接是一种高效、精确的焊接方法，广泛应用于汽车制造、航空航天等领域。

在激光焊接过程中，焊接接头的熔池行为对焊接质量至关重要。

本文将探讨激光焊接接头熔池行为的模拟与实验验证。

激光焊接接头熔池行为的模拟是通过数值计算方法对焊接接头的热传导、熔池形成与流动等过程进行模拟，以预测焊接接头的熔池形状和尺寸。

熔池行为模拟的关键是建立准确的热传导模型和流体流动模型。

热传导模型考虑了激光能量的输入、传导和散失，以及材料的热物性参数。

流体流动模型考虑了熔池的表面张力、粘度和重力等因素对熔池形状和流动的影响。

激光焊接接头熔池行为的模拟可以帮助优化焊接参数，提高焊接质量。

通过模拟可以预测焊接接头的熔池形状和尺寸，进而确定合适的焊接速度、功率和焦距等参数。

模拟还可以预测焊接过程中可能出现的缺陷，如气孔、裂纹等，从而采取相应的措施进行修复或调整焊接参数。

通过模拟可以大大减少试验成本和时间，提高焊接效率和质量。

然而，激光焊接接头熔池行为的模拟仍存在一些挑战。

首先，热传导和流体流动的模型建立需要准确的物理参数，如材料的热物性参数、表面张力和粘度等。

这些参数的准确性对模拟结果的精度有很大影响。

其次，模拟过程中需要考虑激光能量的空间分布和时间变化，这对计算方法和计算资源提出了较高的要求。

此外，模拟结果的验证也是一个重要的问题，需要与实验结果进行对比和分析。

为了验证激光焊接接头熔池行为的模拟结果，需要进行实验验证。

实验可以通过高速摄像技术观察焊接过程中熔池的形成与流动，从而获取实际的熔池形状和尺寸。

实验还可以通过金相显微镜观察焊缝的微观结构和缺陷情况，以评估焊接质量。

实验结果与模拟结果进行对比和分析，可以验证模拟的准确性和可靠性。

激光焊接接头熔池行为的模拟与实验验证是一个相互促进的过程。

模拟可以为实验提供参考和指导，指导实验参数的选择和实验过程的设计。

实验结果可以为模拟提供数据和验证，提高模拟结果的准确性和可靠性。

高硅铝电子封装壳体激光焊接温度场的数值模拟摘要本文采用数值模拟方法研究不同参数下高硅铝合金壳体脉冲激光焊时的温度场，根据脉冲激光功率特点引入三角周期函数，实现了热源功率的循环加载。

分析了激光脉冲宽度、焊接速度变化对焊缝截面尺寸以及壳体温度分布的影响，确定了能够保证焊缝外观成型和密封性能要求的合理规范。

通过对焊接动态温度场的测定，验证了模拟的准确性。

关键词高硅铝；脉冲激光焊；有限元；热源模型1 前言近年来，微电子技术的迅速发展对电子封装材料的性能提出了更高的要求，热膨胀系数、散热和轻量化是发展现代电子封装材料所必须考虑的三大要素。

高硅铝合金因具有低得热膨胀系数、高的热导率、低密度和良好的机加工性能而具有广阔应用前景的一种新型电子封装材料，正成为第三代电子封装材料的代表[1]。

但是高硅铝合金由于高的导热性、内部含有大量的硅颗粒及表面氧化膜的存在，熔焊性能差，极易形成裂纹等焊缝缺陷。

高质量的连接问题已成为制约该种材料进一步推广应用的瓶颈问题[2]。

激光焊接是利用高能量密度的激光作为热源的一种高效精密焊接方法，具有热影响区窄、接头强度高、焊缝美观等优点，适用于电子封装过程[3-4]。

由于本文要焊接的壳体内部的底板上事先已经通过钎焊方式固定了电子芯片，因此必须对激光封焊时的温度进行严格控制，否则易导致芯片功能失效。

采用低的焊接线能量可以限制壳体温度，但对接头的外观成型与气密性要求将难以保证。

本文通过数值模拟方法研究高硅铝合金壳体激光焊时的温度场，对于激光焊工艺参数的合理选择具有指导意义。

2温度场模拟2.1有限元模型的建立高硅铝电子封装壳体如图1-1所示。

壳体的外形尺寸为45×23×7.5mm，厚度1~3mm不等。

盖板的含硅量为27%，底板和侧墙的含硅量为50%。

本文高硅铝激光焊接模拟采用瞬态非线性分析的三维有限元模型，故热分析选用SOLD70单元。

同时为了能更好的划分网格，还选用了MESH200单元来辅助网格划分。

激光电弧复合焊接数值模拟NUMERICAL SIMULATION OF LASER-ARC HYBRID WELDING摘要焊接是一个涉及物理、传热、冶金和力学等学科的复杂过程。

高强钢由于其良好的性能在造船等重型机械中得到广泛应用，但正因为其用途的特殊性，对其连接技术也提出了更高的要求。

本文以7mm厚的高强钢为研究对象，结合数值计算的方法，并利用有限元分析理论，选用高斯分布的热源模型，解决了热源移动的模拟。

通过确定物理参数的变化，解决相变潜热等问题。

利用ANSYS模拟了整个焊接过程的温度场分布，模拟对比了不同激光功率、电弧电流、焊接速度下的的温度场分布，得到了相应的熔深和熔宽的大小，并通过试验一一进行验证，模拟结果和试验测得的数据吻合良好。

试验证明:复合焊接能实现良好的桥接性，焊缝硬度高于母材，但低于单独的激光焊接，焊缝均匀性好。

电弧的引入明显增加了焊接的熔深和熔宽。

随着激光功率的增大，熔深增大，但超过一定值反而下降。

电弧电流、焊接速度、激光离焦量、激光与电弧的距离都对焊缝的成型有重要影响，当这些参数达到合理的配置时，焊接质量最好。

在激光功率2kw，相应电弧电流1 OOA左右，焊接速度1 m/min时，焊缝形貌美观，熔深大。

在离焦量为一1 mm，激光与电弧距离为2mm的条件下，熔池稳定，焊接效果好。

关键词:激光电弧复合焊接数值模拟高强钢温度场工艺参数第一章绪论1.1引言焊接是涉及许多学科的复杂的物理、化学过程。

焊接现象包括焊接时的电磁、传热过程、金属的熔化和凝固、冷却时的相变、焊接应力和变形等。

焊接过程产生的焊接应力和变形，不仅影响焊接结构的制造过程，而且还影响焊接结构的使用性能。

焊接热源的热能特性和力学特性直接影响着熔池和母材表面的热流分布、熔池的热传递和熔池内液态金属的流动，而熔池中液态金属的流动强烈地影响着熔池的几何形状，从而影响焊缝成形和质量，影响焊接接头的力学性能。

由于高集中的瞬时热输入，在焊接过程中和焊后将产生相当大的残余应力和变形(残余变形、焊接收缩、焊接翘曲)，而且焊接过程中产生的动态应力和焊后残余应力影响构件的变形和焊接缺陷，而且在一定程度上还影响结构的加工精度和尺寸的稳定性。

焊接过程中的温度场与应力场仿真焊接是一种常见的金属加工方法，通过加热和冷却的过程将两个或多个金属零件连接在一起。

在焊接过程中，温度场和应力场是两个重要的物理现象，对焊接质量和工件性能有着重要的影响。

本文将探讨焊接过程中温度场和应力场的仿真分析。

1. 焊接过程中的温度场仿真焊接过程中，电弧或激光等热源会将焊接区域加热到高温，使金属材料熔化并形成焊缝。

温度场仿真可以帮助我们了解焊接过程中的温度分布情况，进而优化焊接参数和工艺。

首先，我们可以使用有限元分析方法进行温度场仿真。

有限元分析是一种基于数值计算的方法，将复杂的物理问题离散化为有限个简单的子问题，通过求解这些子问题来获得整体的解。

在焊接过程中，我们可以将焊接区域离散化为一系列的小单元，然后根据热传导方程和边界条件，求解每个小单元的温度分布。

通过将这些小单元的温度场拼接起来，就可以得到整个焊接区域的温度场分布。

其次，我们还可以使用计算流体力学（CFD）方法进行温度场仿真。

CFD方法是一种基于流体力学原理的计算方法，可以模拟流体的运动和传热过程。

在焊接过程中，焊接区域的气体和熔池的流动对温度场分布有着重要的影响。

通过建立焊接区域的几何模型、设置边界条件和求解流动和传热方程，我们可以得到焊接过程中气体和熔池的温度分布情况。

温度场仿真可以帮助我们分析焊接过程中的热效应，进而优化焊接参数和工艺。

例如，通过仿真分析，我们可以确定合适的预热温度和焊接速度，以控制焊接区域的温度分布，避免产生焊接缺陷和变形。

2. 焊接过程中的应力场仿真焊接过程中的温度变化会引起金属材料的热膨胀和收缩，从而产生应力。

应力场仿真可以帮助我们了解焊接过程中应力的分布情况，预测焊接区域的变形和残余应力。

与温度场仿真类似，应力场仿真也可以通过有限元分析和CFD方法来实现。

在有限元分析中，我们可以将焊接区域离散化为一系列的小单元，并根据材料的本构关系和边界条件，求解每个小单元的应力分布。

通过将这些小单元的应力场拼接起来，就可以得到整个焊接区域的应力场分布。

选区激光熔化IN738合金成形温度场、应力场的数值模拟及实验研究选区激光熔化IN738合金成形温度场、应力场的数值模拟及实验研究摘要：选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术作为一种先进的金属三维打印工艺，已被广泛应用于复杂结构件的制造。

本文以IN738合金为研究对象，利用ANSYS Workbench软件对其在选区激光熔化过程中的温度场和应力场进行了数值模拟，并通过实验验证了模拟结果的准确性。

结果表明，激光功率和扫描速度对温度分布和残余应力有显著影响。

1. 引言随着科学技术的不断发展，传统的金属制造工艺难以满足对复杂结构件的要求，而选区激光熔化技术作为一种先进的金属三维打印工艺，具有高精度、高质量和高效率等优势，已成为研究热点。

IN738合金具有较高的耐热性和耐腐蚀性，被广泛应用于航空航天、能源等领域的重要零部件制造。

2. 数值模拟方法本文采用ANSYS Workbench软件，基于有限元法对IN738合金的激光熔化过程中的温度场和应力场进行了数值模拟。

通过建立合适的计算模型和设定边界条件，对熔化过程中的能量传递和应力分布进行了模拟计算。

3. 模拟结果与分析在不同的激光功率和扫描速度条件下，对选区激光熔化过程中的温度和应力进行了模拟计算，并分析了温度分布和残余应力的变化规律。

结果显示，随着激光功率的增加和扫描速度的减小，熔化区的温度升高，而熔化区周围的温度分布更加均匀。

此外，残余应力在熔化区和非熔化区之间存在明显差异，非熔化区的残余应力较大。

4. 实验验证为了验证数值模拟结果的准确性，进行了相应的实验研究。

选取了几组不同激光功率和扫描速度的工艺参数，在相同工艺条件下制备了IN738合金试样，并使用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对试样进行了表征和测试。

实验结果与数值模拟结果一致，从而证明了数值模拟方法的可靠性和有效性。

5. 结论本文通过数值模拟和实验研究，探讨了选区激光熔化过程中的温度场和应力场特性。

裙一毋缈试验研究ｒ蜷掳大功率激光焊熔池特性的数值模拟兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室（７３００５０）张瑞华陈磊中山职业技术学１究（５２８４０４）冷小冰．摘要用数值模拟的方法解释了大功率激光高速焊接时熔池呈窄而长形状的形成原因。

在ＰＨＯＥＮＩＣＳ３．４软件中建立了激光焊接的三维数学模型，假设ｄ，：ｆＬ呈ＧＡＵＳＳ曲面体形状，并在其上加载反蒸发力，重点考虑反蒸发力对熔池形状的影响，模拟了ＳＵＳ３０４不锈钢在激光功率１０ｋＷ、焊速为４～２０ｍ／ｍｉｎ时的熔池的温度场和流场。

计算结果表明，大功率激光高速焊接时喷发的等离子体加速了“匙孔”附近液态金属的流动，是大功率激光焊时产生长熔池现象的主要原因。

关键词：大功率激光焊小孔反蒸发力中图分类号：Ｔ（＊５６．７．。

一金属高速流动，对熔池内液体金属的流动造成了很大”的影响。

ＭａｚｕｍｄｅｒＭｏ对服从高斯分布的激光移动热源激光焊具有高能量密度、高效率、高精度、柔性好温度场进行了研究，考虑了保护气体对散热的影响，预等优点，已广泛应用于航天航空、汽车制造等材料加工测了ｄ，：ｆＬ的形状和大小。

Ｓｏｌａｎａ”１建立了激光焊三维领域。

随着现代技术的发展，激光焊的功率越来越大，模型，通过求解能量和压力方程，确定了未焊透熔池出现了１０ｋＷ的Ｆｉｂｅｒ激光焊新技术。

利用该方法可的形状。

梅汉华∞１考虑了激光束空间几何形状和能量以焊接１０ｍｍ的不锈钢板，焊缝宽度仅ｌｍｍ左右，是密度空间的分布状态，定量分析了激光束质量网子、导一种先进的焊接方法。

作者在利用该方法焊接时发现光系统和聚焦系统的光学参数和离焦量对ｄ，：ｆＬ和焊缝在激光功率为１０ｋＷ，焊速为４～２０ｍ／ｍｉｎ时熔池形状成形的影响。

目前对大功率激光焊时特有的长熔池现很长，如图１所示。

现有理论并不能很好解释这种长象的研究较少，文中利用数值模拟技术对该现象深入熔池形成的原因。

随着激光功率的增大，激光焊ｄ，：ｆＬ研究，解释长熔池形成的原因。

表面技术第51卷第3期曲面基底工件激光熔覆温度场与应力场数值模拟谢林圯1，师文庆1，吴腾1，龚美美1，黄江1，谢玉萍1，何宽芳2（1.广东海洋大学，广东 湛江 524088；2.佛山科学技术学院，广东 佛山 528225）摘要：目的研究曲面基底工件激光熔覆的温度场和应力场分布情况。

方法采用数值模拟的方法模拟激光熔覆及冷却过程中的温度场和应力场。

通过Ansys软件，采用高斯热源模型模拟圆环柱曲面基底外表面上的激光熔覆过程。

在加工过程中，激光头与基底的相对运动为螺旋运动。

分析不同功率和扫描速度对温度场和残余应力的影响，以及应力场随时间的变化和残余应力的分布情况。

结果扫描速度对温度场的影响较大，功率和扫描速度对残余应力无明显直接影响，不同功率和扫描速度的残余应力最大值都出现工件外壁中部。

在XZ轴面上的径向应力呈现出漏斗形，四周高，中间低，大部分都在–20~20 MPa，起伏较小；周向应力在XZ轴面对角线方向上呈近似抛物线，两端高，中间低，最高值为100 MPa，最低值为–50 MPa，起伏较大；厚度方向的应力分布呈近似半圆锥三维形状，在Z轴方向上为近似直线，在X轴方向上为近似半抛物线，呈现出一端高、一端低、中间部分逐渐下降的趋势，最高值为110 MPa，最低值为–30 MPa，起伏较大。

结论成功研究了曲面基底工件激光熔覆的温度场和应力场分布情况，对曲面基底激光熔覆的工艺参数优化和提高产品质量有一定指导作用。

关键词：激光技术；Ansys；数值模拟；曲面基底；温度场；残余应力中图分类号：V261.8 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2022)03-0296-08DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2022.03.032Numerical Simulation of Temperature Field and Stress Field of LaserCladding on Curved Substrate WorkpieceXIE Lin-yi1, SHI Wen-qing1, WU Teng1, GONG Mei-mei1,HUANG Jiang1, XIE Yu-ping1, HE Kuan-fang2(1. Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524088, China; 2. Foshan University, Foshan 528225, China)ABSTRACT: This paper aims to study the distribution of temperature field and stress field in laser cladding of workpiece with the curved substrate. In the laser cladding and cooling process, the temperature field and stress field were simulated by numerical simulation. In particular, the laser cladding process was simulated by using the Gaussian heat source model with Ansys software on the outer surface of the substrate of the annulated circular cylinder surface, in which the relative motion was a收稿日期：2021-04-15；修订日期：2021-08-24Received：2021-04-15；Revised：2021-08-24基金项目：国家自然科学基金（62073089）；广东省普通高校重点领域专项（2020ZDZX2061）Fund：The National Natural Science Foundation of China (62073089) and the Special Fund for Key Projects of Colleges and Universities in Guangdong Province (2020ZDZX2061)作者简介：谢林圯（1998—），男，硕士研究生，主要研究方向为激光加工。

激光深熔焊接运动熔池的动力学行为数值分析张建斌;张健;樊丁;黄健康【摘要】针对连续激光深熔焊接,考虑表面张力、气化压力、浮力和液固之间内部作用力,以及熔池内层流、辐射和气液界面传热传质等因素,建立连续激光深熔焊接激光热源随熔深变化的自适应模型和小孔填充模型,并对熔池的深度、温度分布、流场分布以及相同焊速、不同功率下小孔的动态演变过程进行分析.结果表明:运动熔池形成过程中,焊速为0.08 m/s,功率分别为1 600、2 000、2 400W,焊接时间t ＜7.2 ms时,小孔深度随时间成线性增长,当焊接时间t＞7.2 ms时,小孔深度值发生高频振荡,但深度平均值趋于稳定;随着激光光束的移动,熔池金属绕过小孔,从小孔前部熔池流向后部形成环流,凝固形成“鱼鳞状凝固线”.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2015(041)002【总页数】5页(P22-26)【关键词】激光小孔;VOF;气化压力;动态演变【作者】张建斌;张健;樊丁;黄健康【作者单位】兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TG456.7连续激光深熔焊接其本质是存在小孔效应的焊接过程,其动态演变过程(形成、维持、闭合)对焊缝深度以及焊接质量有着决定性的影响.熔池中出现小孔时,小孔与熔池相互影响,小孔形状和尺寸的改变直接影响到熔池中流体流动和传热过程；而熔池液态金属流场与温度场[1]也反过来影响小孔的形状与尺寸.目前对激光深熔焊接小孔行为、熔池流动的观察以及实验[2],国内外研究人员多采用高速CCD摄像、X射线[3]、可听声监测等试验手段来研究小孔和熔池的耦合行为,但这些实验手段并不能获得全面有效的小孔及熔池内部的流场、压力场及温度场数据.因此,建立合适的综合数学模型,通过数值模拟的手段获得小孔壁面和熔池内部的能量、密度、温度、压强、速度等物理量分布以及小孔实时形貌,对于探讨激光焊接的本质以及有关物理现象具有重要的科学意义.基于小孔内部等离子体对激光热量的反韧致辐射吸收和小孔壁面Fresnel吸收机制,旺任凭[4]、庞盛永[5]等人运用反射吸收热源模型,该方式能很好地描述激光与材料的传热,但是没有考虑等离子体对激光光束的吸收以及等离子体温度对激光吸收率的影响.激光深熔焊接过程中熔池流动和传热行为对焊接过程的稳定性及最终的焊缝质量有着重要的影响.Graf等人[6]研究了动态偏振技术对焊缝表面成形的影响.Arata等人[7]为了观测熔池内部流场情况,采用示踪元素钨对焊接过程中熔池内部流场进行实例性的呈现,该方法首先将钨元素预置于工件上表面,焊接过程中利用X射线高速成相观察钨元素在熔池内部的流动行为.山东大学张涛等人[8]针对穿孔等离子弧焊的工艺特点,建立了随小孔深度动态调整的组合式体积热源模式,考虑了等离子焊接电弧的挖掘作用而形成的倒喇叭状焊缝形貌的特点,描述了等离子弧沿工件厚度方向的热作用,推导了热源深度随小孔深度动态调整的自适应模型.本文在考虑了气化压力、表面张力、Boussinesq浮力、液固之间的内部作用力、对流、热辐射以及气液界面的传热与传质等影响因素,应用了连续激光深熔过程中热源深度随小孔深度动态调整的自适应模型,预测了熔池温度场、流场分布以及小孔形貌的动态演变.采用激光热源随熔深变化的自适应模型,如式(1,2)所示,能实时追踪小孔深度并动态调整热源的深度[9],且能量服从高斯热源分布.假设等离子体的反韧致辐射吸收为常数,不考虑辐射、对流等因素引起的热量损失,计算小孔剖面的形状.式中：R0为激光有效半径；H(t)为随时间变化的小孔深度值；η为激光吸收效率；Q为激光的有效吸收功率.焊接过程中小孔达到动态平衡状态时,小孔壁面所受合力为零,小孔表面受力分析如图1所示,则法向上受力平衡关系如式(3)所示[10]：式中：pa为表面张力引起的附加压力,pg为金属蒸气产生的气化压力,pl为重力引起的液体静压力,pc为向心力产生的压力,pā为表面张力.金属蒸汽气化压力如式(4)所示[11]:式中：P0为大气压力；ΔHlg为气化潜热；Tlg为气液平衡温度.大量实验研究表明：在合理的激光焊接参数下,焊接接头任意截面上的焊缝组织、性能及热影响区形貌相差不大,可以达到一个相对稳定的状态,因此在建立模型之前先做如下假设：1) 焊接过程为准稳态过程；2) 不考虑熔池与气体之间的化学反应；3) 流动方式为层流；4) 除浮力项中密度可变外,不同状态下的物相密度为常数.描述熔池、小孔传热和流动的控制方程包括能量、动量和质量守衡方程.采用焓、孔隙度法来处理焊接过程中凝固熔化问题.在计算区域内的每个单元,每一步迭代中,采用热焓平衡法计算液相体积分数来估算液固界面.定义材料的热焓为式中：href为参考焓,Tref为参考温度,T为温度,CP为比热容,β为液体体积分数,Lm为熔化潜热.能量方程为式中：t为时间；ρ为密度；v为流体速度矢量；k为热导率；Sv为源项.描述熔池流体流动的动量方程和连续行方程为式中：μ为黏度,p为压力,S为动量方程源项.当激光热量作用于工件表面时,随着熔池的形成且不断扩大,在气化压力的作用下形成小孔,同时熔池和小孔的相互作用影响温度场和流场的变化.焊接过程中采用VOF对熔池的气液界面进行追踪,液体体积分数记为φ(x,y,z,t),流体体积分数控制方程为气相边界条件如图1所示，图中AB和BC为outflow,O1A为喷嘴(保护气体的入口),喷嘴半径为1.5mm,保护气体流量为40L/min,速度为0.1m/s,初始条件为O1O2为对称边界条件,对称边界条件如式(11、12)所示:图1中CD为壁面边界,位于工件外表面,考虑壁面对流散热的损失，可表示为式中：n表示法向矢量,αcr是因对流和辐射而散失的热流密度.实验材料为304L不锈钢,其物性参数如表1所示[12].利用CO2激光器进行模拟焊接,光束半径为0.25 mm,激光功率分别为1.6、2.0、2.4 kW,计算时采用正六面体有限差分网格,网格尺寸0.1 mm×0.1 mm×0.1 mm,母材尺寸10 mm×4 mm×6 mm,时间步长设置为1×10-6s.图2给出了焊接速度为0.08 m/s,焊接功率为2 000 W,光斑直径为0.5 mm时,激光深熔焊时模拟小孔形貌和实验结果对比.图3所示为激光功率分别1.6、2.0、2.4 kW、焊接速度0.08 m/s时小孔深度随时间变化曲线.结合图3，并根据当前工艺条件下小孔深度的变化趋势，可以将焊接过程分为3个特性阶段：在第1阶段小孔深度成线性增长；第2阶段小孔深度振荡增长,此时的增长速度比第1个阶段要慢,且随着焊接时间的增长越来越慢；第3阶段小孔深度的平均值趋于稳定,但伴随着高频振荡过程.从图3看出,第1阶段的持续时间非常短,持续时间大约为7.2 ms,第2、3阶段由于小孔内部受热不均,小孔壁面上受到的气化压力不能与表面张力以及金属液体的冲击力保持平衡,因此小孔开始出现振荡.这个小孔形成的模拟结果与X射线实验结果[13]在数量级上大致吻合.图4为小孔的动态演变过程.从图4可以看出,当焊接时间达到7.2 ms左右时,小孔深度的平均值趋于稳定,而在时间t=14.1~26.5 ms的焊接过程中,由于小孔壁面的受力不平衡,导致小孔深度值不稳定.由于激光中心温度比其他位置温度高得多,而且小孔前壁倾角比小孔后壁大一些,这使得激光束移动过程中大部分激光束照在小孔前壁面上,当气、液界面温度高于3 200 K时,在小孔的前壁面发生强烈的气化,熔池前部熔化的金属在气化压力的作用下向熔池后部流动.预置碳化钨薄片于试件表面进行焊接实验,形成的焊缝横截面钨元素分布情况如图5所示.根据焊接实验结果建立连续激光深熔焊小孔填充模型,即第4阶段小孔填充模型.由于激光光束向前移动,熔池后沿温度降低,受到气化压力的作用减小,小孔前沿液态金属向后流动,导致小孔后沿液态金属沿孔壁向上流动,熔池后部(如图6中B 区)金属向下流动形成环流区,液态金属凝固形成向下凸起的“鱼鳞状凝固线”横截面形貌.图7所示为小孔壁面φ(x,y,z,t)=0.5时,小孔后部熔池纵、横截面流场.从图中可以看出,在小孔后壁边沿液态金属沿着小孔壁向上流动,推动熔池边缘附近液态金属从熔池表面流到熔池底部,使得熔池上部环流扩展到熔池底部,且在扩展过程中流速逐渐减小.距离小孔壁面越近，熔池温度相对越高,则流速越大,并受到热传导和对流等因素的影响,熔池金属凝固形成“鱼鳞状凝固线”[15].综合以上分析可知,在熔池形成的各个阶段,小孔壁面周围液态金属受气化压力作用明显,同时也是驱动熔池内部液态金属运动的主要驱动力.1) 连续激光深熔焊接过程中,当焊接时间达到7.2 ms左右时,由于小孔壁面受力不平衡导致小孔深度值发生高频振荡,但深度平均值趋于稳定；2) 基于焊缝横截面钨元素分布,建立了小孔填充模型.小孔前部熔池金属在气化压力的作用下绕过小孔向熔池后部流动,形成局部环流,并受到对流和热传导等因素影响,导致液态金属凝固形成“鱼鳞状凝固线”.【相关文献】[1] 樊丁,霍宏伟,石玗,等.不锈钢薄板TIG焊三维熔池数值模拟与测量 [J].兰州理工大学学报,2013,39(6):19-23.[2] 晏丽琴,樊丁,黄勇,等.耦合电弧对AA-TIG焊接熔深的影响 [J].兰州理工大学学报,2010,36(2):21-25.[3] MIZUTANI M,KATAYAMA S.Keyhole behavior and pressure distribution during laser irradiation on molten metal [C]//Proceedings of the 22nd international congress on applications of lasers and electro-optics,Jacksonville,2003,LIA,Jacksonville,FL,Section A-Welding,2003:25-36.[4] 旺任凭,雷永平,史耀武,等.基于光束跟踪的热源模型在激光焊接中的应用 [J].激光技术,2011,35(1):31-35.[5] PANG Shengyong,CHEN Liliang.A three-dimensional sharp interface model for self-consistent keyhole and weld pool dynamic in deep penetration laser welding [J].Joural of Physics D:Applied Physics,2011,44(18):205-301.[6] GRAF S,STAUPENDAHL G.Generation of a dynamic polarized laser beam for applications in laser welding [J].Journal of Applied Physics,2010,22(2):43102-43106. 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Journal of Applied Physics,2011,44(13):1-14.[10] 钟磊.基于VOF算法模拟EBW匙孔移动过程的研究 [D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2010.[11] JIN X,LI L,ZHANG Y,etal.A study on fresnel absorption and reflections in the keyhole in deep penetration laser welding [J].Joural of Physics D:Applied Physics,2002,35(13):2304-2310.[12] PANG S,CHEN L,YIN Y,etal.Three-dimensional simulation transient keyhole evolution during laser keyhole welding [C]//Photonics and Optoelectronics Meetings2009.International Society for Optics and Photonics,Wuhan:Industry Lasers and Applications,2009:75150T(1-10).[13] LEE J Y,SUNG H K,FARSON D F,etal.Mechanism of keyhole formation and stability in stationary laser welding [J].Joural of Physics D:Applied Physics,2002,35(13):1570-1576. [14] 石铭霄,张秉刚,马纪龙,等.基于视觉传感的电子束深熔焊焊缝表面成形的预测 [J].焊接学报,2011,32(12):1-5.[15] ZHANG Binggang,SHI Mingxiao,CHEN Guoqing,etal.Detection d processing of molten-pool image of electron-beam deep-penetration welding based on visual sensing [J].China Welding,2011,20(4):17-21.。

高效焊接技术--激光+GMAW 复合热源焊焊缝成形的数值模拟弧焊高效焊接技术主要以提高熔敷效率和焊接速度为目的。

其中高熔敷效率焊接主要是在单位时间内熔化更多的焊接材料, 以提高焊接材料的熔化速度为目的的高熔敷效率焊接，代表工艺为T ．I ．M ．E ．焊接，主要用于厚板焊接；高速焊接是在提高焊接速度的同时提高焊接电流,以维持焊接热输人大体上保持不变，代表工艺以多丝弧焊技术为主，主要用于薄板焊接。

另外，复合热源和加活性助焊剂方法也成为高效焊接的主要研究方向，如激光复合焊、A —TIG 焊等。

激光——电弧复合焊最早是由英国的W ．Steen 于20世纪70年代末提出的，它将物理性质、能量传输机制截然不同的两种热源复合在一起，同时作用于同一加工位置，既充分发挥了两种热源各自的优势，又相互弥补各自的不足，形成一种全新高效热源。

复合形式众多，根据激光电弧在焊接时的空间位置不同，可以将复合形式分为旁轴与同轴。

主要的激光复合高效焊接技术方法如下图1所示图1激光复合高效焊接方法作为一种高能束焊接方法，激光焊以焊接速度快、生产效率高、焊接精度高、能量控制精确等良好的材料加工性能，以及易实现加工的自动化、柔性化等独特的优势，在汽车、造船、航空航天器制造、微电子等行业得到了大量应用。

但是，由于激光束焦点直径很小(一般为0.2—0.6 mm)，激光加热区域及工件中的受热熔化区域也很小，焊缝桥联能力差，对工件的装配提出很高的要求，因而在实际生产中的应用受到了较多的限制。

作为最常用的熔化极气体保护电弧焊GMAW，可以提供适量熔化的填充金属在对接间隙中搭桥或填充坡口，使焊缝具有很强的桥联能力，增强了对装配间隙变化的适应性，降低了对工件装配精度的要求。

GMAW 还具有应用范围广、设备投资和使用费用低等优点。

激光+ G M A W电弧复合热源焊接就是将激光焊接和G M A W结合起来实现优质高效焊接生产的一种新型的焊接成形工艺。

激光熔覆残余应力场的数值模拟激光熔覆技术是一种先进的表面修复和加工技术，具有高效、精密、低热影响区和局部加热等优点。

在激光熔覆过程中，高能激光束直接作用于金属表面，使其瞬间熔化并与底材相融合，形成涂层。

然而，由于激光熔覆过程中金属材料的快速加热和冷却导致了残余应力的产生，这些应力会影响涂层的性能和寿命。

对于激光熔覆残余应力场的数值模拟及其对涂层性能的影响具有重要意义。

1. 激光熔覆残余应力场的形成机理在激光熔覆过程中，激光束对金属表面的瞬间加热会引起熔化和快速冷却，从而形成了残余应力场。

这些残余应力主要源于熔化池的温度梯度、材料的线膨胀系数差异和相变引起的体积变化等因素。

研究表明，残余应力的大小和分布对于涂层的结合强度、断裂行为、疲劳寿命以及耐腐蚀性能都有显著影响。

2. 激光熔覆残余应力场的数值模拟方法为了准确预测和评估激光熔覆残余应力场，数值模拟成为了一种有效的手段。

常见的数值模拟方法包括有限元法、辅助力场法和相场法等。

有限元法是一种较为常用的数值模拟方法，它可以根据熔覆过程中的混合传热模型和相变规律来模拟材料的温度场和变形场，进而计算出残余应力分布。

辅助力场法和相场法则是基于相变动力学和场论原理的模拟方法，它们可以有效地描述激光熔覆过程中的相变现象和宏观行为，从而得到残余应力的分布情况。

3. 激光熔覆残余应力场的影响因素在数值模拟过程中，需要考虑多种影响因素对残余应力场的影响。

首先是激光参数的影响，包括激光功率、扫描速度、激光斑大小等参数的变化都会对残余应力场产生影响。

其次是涂层材料的选择和性质，不同的金属材料在激光熔覆过程中会产生不同的残余应力。

而材料的热物性和相变特性也是影响残余应力场的重要因素。

4. 个人观点和理解对于激光熔覆残余应力场的数值模拟，我认为这是一项非常重要的研究工作。

通过对残余应力场的准确模拟和预测，可以帮助我们更好地理解激光熔覆过程中的材料行为和性能变化规律，为优化工艺参数、设计更加耐磨、耐腐蚀的涂层提供科学依据。

高温合金激光熔覆过程温度场的数值模拟
李绍杰;范兴娟;姚晓亮;樊一丁;张杰;刘其斌
【期刊名称】《热加工工艺》
【年(卷),期】2007(36)19
【摘要】在考虑高温合金K417G相变潜热、热物性参数随温度变化、对流与辐射总的换热系数随温度变化的条件下。

采用有限元软件ANSYS建立了高温合金激光熔覆动态三维温度场模型。

结果表明:在激光熔覆的初始阶段和最后阶段温度迅速上升,中间阶段各个节点有基本相同的热循环曲线,只是时间的先后不同;沿激光束扫描方向和与扫描方向垂直的方向都存在极大的温度梯度。

温度梯度的存在引起较大的热应力,而热应力的存在是激光熔覆过程易产生裂纹的主要原因。

【总页数】4页(P76-79)
【关键词】激光熔覆;温度场;有限元;数值模拟;应力
【作者】李绍杰;范兴娟;姚晓亮;樊一丁;张杰;刘其斌
【作者单位】石家庄钢铁有限责任公司技术中心;石家庄邮电职业技术学院电信工程系;贵州大学材料科学与冶金工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG174.44;TG156.99
【相关文献】
1.激光熔覆镍基合金温度场和应力场数值模拟 [J], 李美艳;韩彬;蔡春波;王勇;宋立新
2.铜合金表面激光熔覆温度场数值图像模拟分析 [J], 孙建召;周晓娟
3.FL-DLight3-4000激光器激光熔覆过程温度场数值模拟分析 [J], 徐洋洋;伞红军;陈久朋;谢飞亚;魏顺祥;王汪林;刘亮;陈佳
4.送粉激光熔覆过程中熔覆轨迹及流场与温度场的数值模拟 [J], 黄延禄;邹德宁;梁工英;苏俊义
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激光加工中熔池波动的数值计算分析激光加工是一种高效、精度高的加工方法，其应用场景包括工业生产、医疗、航空等多个领域。

在激光加工的过程中，熔池波动是一个不可避免的问题。

在某些情况下，如对表面质量要求较高的加工，熔池波动不仅会影响加工效果，还会导致加工的失败。

因此，对激光加工中熔池波动进行数值计算分析是非常必要的。

在激光加工中，激光束入射在材料表面后，由于激光能量的吸收，材料表面被加热并开始熔化。

熔化后的材料形成熔池，并由于热传导产生熔池波动。

在熔池表面，布置了传感器来测量波动。

而数值计算分析模型的建立，本质上就是通过对熔池表面的波动测量结果进行分析和计算，得出熔池波动特征和规律。

其实，熔池波动的特征和规律还与多种因素有关，比如激光功率、扫描速度、工件材料、工件几何形状等。

因此，建立数值计算分析模型时，需要综合考虑这些因素。

具体而言，数值计算分析模型可分为三部分：激光加工数值模拟、热传导数值模拟和流场数值模拟。

首先，针对不同的激光加工过程，需要建立不同的数值模拟模型。

激光加工过程有多种类型，如连续激光加工、脉冲激光加工。

针对每一种激光加工模式，需要建立相应的模型。

以脉冲激光加工为例，可以采用有限元分析法建立一维和二维的脉冲能量传输模型。

该模型可以考虑激光入射对物体表面的热源项、激光束传导中的吸收、反射等机理，并计算出物体厚度沿深度方向的温度场。

对于热传导数值模拟，其目的是根据激光加工数值模拟计算结果，求出材料表面热流密度、熔化池深度和尺寸等热传导特性参数。

在该模型中，采用耦合的方法，使用传热-多相流耦合中的温度梯度下滑法求解。

该模型的输出结果有熔池深度和宽度，熔池与不熔化区间界面的速度及几何形状，熔池内部温度场和相变。

最后，流场数值模拟则是针对上述两个模型的计算结果，模拟流体在熔池表面的运动规律。

该模型中，采用体积守恒方程、动量守恒方程、质量守恒方程、焓守恒方程等流动力学方程组来描述熔池表面流动态。