高级检索

ISSN1001-3806CN51-1125/TN 网站地图

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

激光深熔焊细长小孔数值模拟与试验研究

陈根余 陈晓锋 周聪 李时春 廖生慧

引用本文:
Citation:

激光深熔焊细长小孔数值模拟与试验研究

    作者简介: 陈根余(1965-),男,教授,博士生导师,主要从事激光焊接等方面的研究。E-mail:hdgychen@163.com.
  • 基金项目:

    国家自然科学基金资助项目(51175165);国家科技重大专项基金资助项目(2013ZX04001131)

  • 中图分类号: TG456.7

Numerical simulation and experimental research of slender keyholes during deep penetration laser welding

  • CLC number: TG456.7

  • 摘要: 为了准确模拟焊接过程中小孔的瞬态形成过程,采用水平集法追踪小孔气/液界面,运用混合理论处理固/液相变,建立了气、液、固三相耦合模型。该模型综合考虑了表面张力、浮力、反冲压力、固/液间摩擦力、潜热、对流以及辐射等影响因素,数值计算得到小孔演变的动态过程和孔内外金属蒸汽行为。模拟发现,小孔形貌瞬态变化,前后壁凹凸变形,逐渐趋于稳定,孔径约为1mm;金属蒸汽与小孔相互影响,最大蒸汽速率为5.3m/s。采用改进的"三明治"方法进行激光焊接实验验证,实验结果与模拟结果相吻合。结果表明,水平集法追踪小孔自由界面在激光深熔焊模拟中具有良好的适用性。这为小孔的研究提供了理论依据。
  • [1]

    CUI L, ZHANG Y C, HE D Y, et al. Research progress of high power fiber laser welding [J]. Laser Technology, 2012, 36(2): 154-159(in Chinese).
    [2]

    LIU X X, HUANG R, YAO G, et al. Numerical simulation of the temperature field of laser butt welding of titanium alloy sheet [J]. Laser Technology, 2013, 37(5):700-704(in Chinese).
    [3]

    JIAO J K, BAI X B, WANG B. Finite element analysis of PMMA laser transmission welding [J]. Laser Technology, 2011, 35(4): 453-456(in Chinese).
    [4]

    SIMON G, GRATZKE U, KROOS J. Analysis of heat conduction in deep penetration welding with a time-modulated laser beam[J]. Journal of Physics, 1993, D26(5): 862-869.
    [5]

    AMARA E H, FABBRO R, BENDIB A. Modeling of the compressible vapor flow induced in a keyhole during laser welding. Journal of Applied Physics, 2003, 93(7):4289-4296.
    [6]

    LEE J Y, SUNG H K, FARSON D F, et al. Mechanism of keyhole formation and stability in stationary laser welding. Journal of Physics, 2002, D35(13):1570-1576.
    [7]

    WANG R P, LEI Y P, SHI Y W. Application of heat source model based on ray tracing method in laser welding [J]. Laser Technology,2011, 35(1): 31-35(in Chinese).
    [8]

    KI H, MAZUMDER J, MOHANTY P S. Modeling of laser keyhole welding: Part Ⅰ. Mathematical modeling, numerical methodology, role of recoil pressure, multiple reflections, and free surface evolution [J]. Metallurgical and Materials Transactions, 2002, A33(6): 1817-1830.
    [9]

    PANG Sh Y, CHEN L, ZHOU J, et al. A three-dimensional sharp interface model for self-consistent keyhole and weld pool dynamics in deep penetration laser welding [J]. Journal of Physics, 2011, D44(2): 025301.
    [10]

    ZHANG Y,LI L J,JIN X Zh.Diathermancy study on keyhole effects in 1aser deep penetration welding[J].Chinese Journal of Lasers, 2004, 31(12):1538-1542(in Chinese).
    [11]

    HIRANO K, FABBRO R, MULLER M. Experimental determination of temperature threshold for melt surface deformation during laser interaction on iron at atmospheric pressure [J]. Journal of Physics, 2011, D44(43): 435402.
    [12]

    BENNON W, INCROPERA F. A continuum model for momentum, heat and species transport in binary solid-liquid phase change systems-Ⅰ. Model formulation. International Journal of Heat Mass Transfer, 1987, 30(10): 2161-2170.
    [13]

    TRAIDIA A, ROGER F, GUYOT E. Optimal parameters for pulsed gas tungsten arc welding in partially and fully penetrated weld pools [J]. International Journal of Thermal Sciences, 2010, 49(7): 1197-1208.
    [14]

    JIN X, LI L, ZHANG Y. A study on fresnel absorption and reflections in the keyhole in deep penetration laser welding [J]. Journal of Physics, 2002, D35(18):2304.
    [15]

    GOLUBEV V S. Possible models of hydrodynamic nonstationary phenomena in the processes of laser beam deep penetration into materials[J].Proceedings of the SPIE, 1996,2713:219-230.
    [16]

    LEE J Y, KO S H, FARSON D F, et al. Mechanism of keyhole formation and stability in stationary laser welding [J]. Journal of Physics, 2002, D35(13):1570-1576.
  • [1] 许伯强刘洪凯徐桂东徐晨光李俊敏 . 基于应力-位移混合有限元法的激光超声数值模拟. 激光技术, 2014, 38(2): 230-235. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.02.018
    [2] 刘顺洪吉巧杰扬晶 . 钢管激光弯曲成形的数值模拟. 激光技术, 2006, 30(4): 355-359.
    [3] 刘子昂石伟汪诚 . 激光冲击强化残余应力的数值模拟研究. 激光技术, 2017, 41(1): 1-5. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.01.001
    [4] 杨洪亮金湘中修腾飞费鑫江叶颖 . 钢/铝异种金属光纤激光焊接数值模拟. 激光技术, 2016, 40(4): 606-609. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.04.031
    [5] 李晓锋周昕卢熙伍波杨泽后陈涌周鼎富侯天晋 . 激光在烟雾中传输特性的数值模拟分析. 激光技术, 2010, 34(3): 381-384. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.03.027
    [6] 汪建敏周群立姜银方张梦蕾程科升万里赵龑 . 中空激光冲击金属板料变形的数值模拟. 激光技术, 2012, 36(6): 727-730. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.06.004
    [7] 高立张永康 . 镍-钴合金杆料激光冲击强化的实验和数值模拟. 激光技术, 2006, 30(5): 507-510.
    [8] 李贝贝李小将 . 激光输能光电池温度场数值模拟. 激光技术, 2017, 41(4): 537-544. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.04.016
    [9] 王琪琪任乃飞任旭东 . GH4037镍基高温合金激光打孔相变过程数值模拟. 激光技术, 2018, 42(6): 764-768. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2018.06.007
    [10] 王霄陈怡星刘会霞刘长京丁国民 . 激光微造型中烧蚀热场及弹坑的数值模拟. 激光技术, 2007, 31(6): 565-567,580.
    [11] 龙日升刘伟军尚晓峰 . 激光金属沉积成形过程中温度场的数值模拟. 激光技术, 2007, 31(4): 394-396,430.
    [12] 花银群蔡峥嵘陈瑞芳姜辉吉光 . TC4钛合金激光搭接冲击强化的实验和数值模拟. 激光技术, 2010, 34(5): 632-635,639. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.O5.015
    [13] 代保江陈烽张东石杜广庆孟祥卫 . 飞秒激光制备波导型光合波器的数值模拟. 激光技术, 2012, 36(2): 251-254,264. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.02.029
    [14] 韦俊尤胡晓冬姚建华 . 激光熔覆沸腾式送粉器气固两相流数值模拟研究. 激光技术, 2012, 36(6): 719-723. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.06.002
    [15] 陆靖孙文磊陈子豪邢学峰杨凯欣周浩南刘德明 . 热作模具表面激光熔覆H13的数值模拟及实验研究. 激光技术, 2023, 47(4): 558-564. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.04.018
    [16] 袁红童慧峰李牧孙承纬 . 强激光加载真空中铝靶冲量耦合的数值模拟. 激光技术, 2012, 36(4): 520-523. doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.021
    [17] 姜付兵石世宏傅戈雁 . 光内送粉喷头空间变姿态粉气流场数值模拟. 激光技术, 2015, 39(2): 145-151. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.001
    [18] 郭嘉伟李彤牛瑞华薛亮平李燕凌王宏元 . Cr,Tm,Ho:YAG激光器温度特性的数值分析. 激光技术, 2011, 35(6): 761-764. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.010
    [19] 刘顺洪万鹏腾杨晶 . 激光弯曲成形数值模拟的研究进展. 激光技术, 2002, 26(3): 161-164.
    [20] 王明宇周跃进郭冲 . 激光超声检测表面裂纹深度的数值模拟. 激光技术, 2017, 41(2): 178-181. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.02.006
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  2853
  • HTML全文浏览量:  616
  • PDF下载量:  473
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-03-03
  • 录用日期:  2014-04-11
  • 刊出日期:  2015-03-25

激光深熔焊细长小孔数值模拟与试验研究

    作者简介: 陈根余(1965-),男,教授,博士生导师,主要从事激光焊接等方面的研究。E-mail:hdgychen@163.com
  • 1. 湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 长沙 410082;
  • 2. 湖南大学 激光研究所, 长沙 410082
基金项目:  国家自然科学基金资助项目(51175165);国家科技重大专项基金资助项目(2013ZX04001131)

摘要: 为了准确模拟焊接过程中小孔的瞬态形成过程,采用水平集法追踪小孔气/液界面,运用混合理论处理固/液相变,建立了气、液、固三相耦合模型。该模型综合考虑了表面张力、浮力、反冲压力、固/液间摩擦力、潜热、对流以及辐射等影响因素,数值计算得到小孔演变的动态过程和孔内外金属蒸汽行为。模拟发现,小孔形貌瞬态变化,前后壁凹凸变形,逐渐趋于稳定,孔径约为1mm;金属蒸汽与小孔相互影响,最大蒸汽速率为5.3m/s。采用改进的"三明治"方法进行激光焊接实验验证,实验结果与模拟结果相吻合。结果表明,水平集法追踪小孔自由界面在激光深熔焊模拟中具有良好的适用性。这为小孔的研究提供了理论依据。

English Abstract

参考文献 (16)

目录

    /

    返回文章
    返回