激光深熔焊接过程中熔池的三维动态行为数值仿真

简介：
本研究运用数值仿真技术，深入探讨了激光深熔焊接过程中的熔池动态变化规律，构建了三维模型以精确模拟并分析其复杂行为。 通过考虑熔池蒸汽反冲压力、表面张力及热浮力等因素，并结合内部与外部的对流和辐射过程，我们采用沿深度方向衰减的旋转高斯体热源来简化激光在熔池中的吸收情况。同时使用流体体积法追踪气液界面变化，利用液相体积分数法处理熔化凝固潜热以及焓-孔隙度法处理液固糊状区的动量损失，建立了一个描述不锈钢激光深熔焊接过程中熔池三维瞬态行为的数学模型。 通过这个模型，我们获得了不锈钢激光深熔焊接过程中的温度场和流场变化情况。计算结果显示，在整个焊接期间内，熔池最高温度经历了线性增长、趋于平稳以及小幅振荡三个阶段；小孔在焊接时呈现前倾与后倾两种姿态，并且表现出周期性的振荡行为。 实验结果表明，模型预测的熔池形状及焊缝横截面与实际观测数据基本一致。此外，计算得到的小孔振荡行为也得到了相关文献中实验结果的支持和验证。