40Cr轴面激光熔覆Ni60数值模拟

摘要

目的针对激光熔覆过程中熔池内部复杂的传热和对流现象,分析激光功率和扫描速度对熔池内部温度场、流场演变和分布的影响。方法采用双椭球热源模型,建立了40Cr轴面基体激光熔覆Ni60粉末过程的三维温度场流场数值模型,并进行试验验证。结果熔覆过程形成了近似椭球体的熔池,最高温度位于移动光斑中心偏后方,达到了2080.4 K;熔池内部金属流体形成了2个方向相反的旋流,熔池表面边缘受马兰戈尼对流的影响流速最大,达到了0.49 m/s。通过对比试验和模拟获得了熔覆层截面最高温度,最高温度最大相对误差为10.1%,数值模型具有较高的准确性。结论扫描速度对熔池存在时间和形状的影响要大于激光功率,激光功率对流场的影响大于扫描速度。研究结果为轴面激光熔覆成形提供相关理论依据。