基于标准焓的激光加工熔池形貌度量准则研究

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激光加工过程中涉及到众多工艺参数,这些工艺参数会对熔池形貌造成不同的影响,更简便更准确的度量准则可以为工艺优化及反馈控制等提供便利。标准焓因其简便性及准确性近年来被广泛应用于激光焊接与选择性激光熔化(SLM)领域来判断熔池形貌及小孔转变阈值等,但是却存在一些问题导致物理意义不明确和适用性不强,也较少应用于直接能量沉积(DED)领域。因此本文将重新建立标准焓度量准则,并更广泛的应用于各种加工场景,包括判断DED的沉积层形貌。本文构建了基于传导模式传热解析模型的具有明确物理意义的标准焓度量准则,定量建立了传导模式下标准焓与熔池深度和宽度之间的关系。排除了传统标准焓公式中物理意义不明确的形状因子量的影响。经实验验证适用于不同材料、不同设备、不同加工状况。构建了基于小孔模式二维传热解析模型的标准焓度量准则,定量建立了小孔模式无量纲深度与标准焓的关系。假设小孔模式转变阈值为气液界面达到光斑半径时,从而确定了小孔模式的转变阈值。验证了对流会使标准焓与熔池宽度与深度的对应数值关系产生误差,但可基于本文推导过程总结的度量准则带入实验数据进行拟合修正。在传热模型的基础上,结合质量守恒定律与双热源模型,建立了适用于直接能量沉积的标准焓的度量准则,解决了传统标准焓无法考虑送粉率的问题,度量准确度高。
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