超高速激光熔覆头非稳态追踪粉末流场研究

杨卫红,张 雪,孔 敏,罗惜照

(1.武昌理工学院AI学院电子与信系工程,湖北 武汉 430074；2.文华学院机械与电气工程学院智能制造系,湖北 武汉 430074；3.华中科技大学光学与电子信息学院,湖北 武汉 430074)

1 引 言

纵观我国超高速激光熔覆技术的发展,尽管有越来越多的公司和科研单位参与超高速激光熔覆技术的研发,但是他们主要的研发侧重点还是在于设备集成与工艺实验研究[1],缺少了超高速激光熔覆过程仿真模型的开发。

国外在该领域所做工作比国内深入很多[2-7],2000年Jehnming Lin[2]进行过激光熔覆送粉头的粉末气流数值仿真以及FLUENT不同喷嘴结构下粉末的流动状态模拟,发现:喷嘴结构和送气量对粉末汇聚的效果有很大的影响；采用同轴送粉头喷嘴,可以使粉末汇聚的质量浓度至少提高50 %。Frank Liou[3]和Heng Pan[4]开发了粉末颗粒形状对粉末流汇聚的影响的模型,该模型分析了颗粒形状与规则球体的偏差以及非球面碰撞等因素引起的粉末流分散现象,并将模拟的粉末流与粉末空间浓度的实验结果进行比较,发现模型在预测非球形粉末颗粒的汇聚情况时结果较好,但是对于球形颗粒的预测,将会导致沿轴向方向的峰值粉末的空间质量浓度偏高,而沿径向方向的浓度宽度变窄。

在光粉互作用的仿真方面国外也有相关报道,S.Y.Wen等人[5]提出了一种复杂的二维激光熔覆数值模型。通过追踪拉格朗日坐标系下的颗粒运动研究粉末的流动状态。模型中考虑了非规则球形粉末颗粒对粉末流动的影响,并可以计算喷嘴下方粉末经过激光辐射后的空间粉末温度分布。……