采用數(shù)值模擬對選區(qū)激光熔化工藝過程中不銹鋼微熔池在激光下的熔煉過程進行了模擬,研究了激光功率、光斑直徑以及激光加載時間對微熔池內(nèi)流體運動的影響。模擬結(jié)果表明,增大激光功率和減小光斑直徑,可以有效地降低流體渦流高度和提高流體流動速度,采用200 W、20μm光斑直徑或400 W、40μm光斑直徑作為熱源,可使得微熔池達到平穩(wěn)的流動狀態(tài)。 

【文章來源】：特種鑄造及有色合金. 2020,40(11)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

SLM微熔池模型示意圖

SLM微熔池內(nèi)鋼水流動行為的數(shù)值模擬結(jié)果較復雜,典型的熔池流動行為的整體矢量圖見圖2。設定底部方形的中心點為坐標原點,水平向右為X坐標軸正向,垂直紙面向外為Y軸坐標正向,垂直于底部平面向上為Z坐標正向。3.1 流場特征

不同激光參數(shù)形成的熔池中導熱程度與區(qū)域不同,因此隨著加熱時間延長,不同熔池渦流中心在粉體中高度也會存在一定的差異。微熔池中渦流中心高度的變化是研究熔池中熔體的運動規(guī)律和判斷熔池混勻程度的重要指標。根據(jù)不同功率和不同光斑直徑的模擬圖,可得到熔池中渦流中心相對于粉體底部的高度隨時間的變化情況,見圖8。可以看出,隨著激光加熱時間延長,粉體下部區(qū)域逐漸熔化,微熔池逐漸加深,環(huán)流中心也逐漸下移并趨于穩(wěn)定。比較4組數(shù)據(jù)可以看到,由于激光功率大、光斑直徑小的熱源有較大的區(qū)域熱流密度,加速了微熔池沿縱向的運動,流體運動中心也相應降低,因此400 W、20 μm激光熱源條件下形成的熔池渦流中心高度在初始時最低,僅為19 μm,相同時間內(nèi)變化也最為迅速;200 W、40 μm激光熱源由于功率較低、光斑直徑較大的原因,造成作用區(qū)域內(nèi)熱流稀疏,導致縱向加熱力度不夠,形成的熔池初始渦流中心最高達到了27 μm,高度變化也最小。激光功率一定時,光斑直徑為40 μm熱源形成的熔池渦流高度較大,熔體的運動中心偏上部,下降速率也較慢,120 μs后達到穩(wěn)定。而在熱源光斑直徑一定時,增大激光功率使得形成的熔池相對較深,渦流中心也降到較低水平, 400 W、20 μm激光熱源形成的熔池渦流中心明顯低于其他微熔池,且由于熱流密度大,與熔池邊部形成了較大溫度梯度,因此熔池內(nèi)部熔體運動劇烈,且隨時間增加渦流下降速率較快。

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