铝青铜表面激光熔覆镍基合金温度场的数值模拟

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1、铝青铜表面激光熔覆镍基合金温度场的数值模拟摘要激光熔覆是一种先进的表面改性加工方法，它是在被熔覆的基体上以不同的方式放置选择的涂层材料，通过激光辐照使之和基体表面熔化，经过快速凝固形成低稀释度的表面涂层，从而改善材料的表面性能。这是一项发展非常迅猛且具有广泛应用前景的材料加工新技术。为此本文建立了二维激光熔覆熔池温度场的数值模型，模型考虑了工件有限尺度、工件材料热物理性质的温度依赖关系、激光处理参数以及对流换热造成的表面热损失，激光光斑处采用高斯热源模型推导，利用能量平衡法，建立了均匀网格的有限差分方程。使用C++语言编写材料表面激光熔覆过程中温度场的计算程序，同时讨论工艺参数对温度场分布

2、的影响，得到如下结论：1．整个激光熔覆加工中的温度场变化是由非稳态到达稳态的过程，激光光斑附近温度梯度较大，远离光斑处温度梯度较小。2．当扫描速度确定时，随着激光功率的增大，表面峰值温度呈上升趋势。3．随着预热温度的增加，材料表面中心峰值温度逐渐升高，熔池温度呈线性上升关系。4．若激光光斑直径增大而激光功率不变时，导致激光束的功率密度减小，从而能量不能集中于一点，表面温度随之下降。反之，光斑直径变小，对光斑区域的加热集中，温度有上升趋势，但光斑附近区域有未熔的现象。5．由温度场分布图显示得知，为保证加工质量，满足熔覆要求，试验应采用由高到低的功率进行熔覆．关键词：激光熔覆；数值模拟；温度场

3、；有限差分法硕士毕业论文AbstractLasercladdingisanadvancedprocessingmethodofsurfacemodification，itistochoosethecoatingmaterialtolaserradiationandthesubstratesurfacemelting，rapidsolidificationaftertheformationoflow-dilutionofthesurfacecoatingtoimprovethesurfacepropertiesofmaterialsinthecladdingonthesubstratepla

4、cedindifferentways．Thisisaveryrapiddevelopmentandithasawiderangeofmaterialprocessingapplicationsofnewtechnologies．Inthispaper,two-dimensionallasercladdingbathtemperaturefieldnumericalmodel，themodeltakesintoaccountthelimitedscaleofworkpiece，workpiecematerialthermophysicalpropertiesofthetemperatured

5、ependenceoflaserprocessingparametersaswellastheconvectiveheattransfercausedbysurfaceheatloss，thedepartment’SapplicationoflaserspotGaussianheatsourcemodelisderived．Auniformgridfinitedifferenceequationisestablishedwiththeenergybalancemethod．TheC++languageisusedtopreparethecalculationprogramoftempera

6、turefieldintheprocessoflasercladdingonthesurface，whilediscussingprocessingparametersontheimpactoftemperaturedistribution，theresultsobtainedareasfollows：1．Thewholeprocessoflasercladdingoftemperaturechangesinthemarketbynon-steady-stateprocesstoreachsteady-state，laserspotnearalargertemperaturegradien

7、t，temperaturegradientawayfromthesmallerspot．2．Thesurfacepeaktemperaturerisedwiththelaserpowerincreasing，whenthescanningspeedisdetermined．3．Thesurfacetemperaturegraduallyincreasedandthecentralpeaktemperatureincrea