Laser estaldura urtutako igerilekuan eragiten duten indarrak labur deskribatzen dira, gainazaleko tentsioa, ebakidura-indar likatsua, grabitatea eta babes-gasaren presioa barne, eta estaldura-geruzaren eraketa-mekanismoa laburki aztertzen da ehunen hazkuntzaren eta urtutako igerilekuaren fluxuaren ikuspegitik. Aldi berean, laser estalduraren simulazioan erabiltzen diren bero-iturri eredu ezberdinen energia-banaketaren legeak eta ekuazioak laburbiltzen dira, gainazaleko gauss bero-iturri, gainazaleko bero-iturri anullarra, gauss-eko gorputz-bero-iturri, elipsoidal bero-iturri eta gorputz-bero-iturri konbinatua barne. Oinarri horretan, ikerketak aurrera egiten du tenperaturaren eremuaren eta emariaren eremuaren zenbakizko simulazioan laser estaldura Azken urteotan etxean eta atzerrian urtutako igerilekua sailkatu eta berrikusten da, eta hainbat bero iturri ereduren abantailak eta desabantailak aztertzen dira. Bero iturri desberdinen ingurune aplikagarria eta lortutako tenperatura-eremuaren eta fluxu-eremuaren banaketa-legeak laburbiltzen dira. Horrez gain, urtutako igerilekuko likido askearen gainazalaren ikerketa-metodoak laburbiltzen dira, eta tenperatura-eremuaren eta fluxu-eremuaren zenbakizko simulazio-ereduen egiaztapen-metodoak laburbiltzen dira. Aldi berean, laser cladding urtutako putzuaren zenbakizko simulazio ikerketan dauden arazoak ikusita, eredu numerikoen eta muga-baldintzen alderdietatik laburbiltzen dira, eta, azkenik, etorkizuneko garapen-norabidea prospetatzen da.

Laser estaldura materialak gainazala aldatzeko eta konpontzeko prozesu berri bat da. Substratuaren gainazalean estaldura-materiala gehitzen du hautsak zabalduz edo elikatuz, eta energia handiko laser izpi bat erabiltzen du estaldura-geruzako materiala azkar urtzeko estaldura-geruza bat osatzeko, substratuaren gainazalean lotura metalurgiko onarekin, eta horrela substratuaren konposizioa aldatuz. azalera eta materialaren gainazaleko propietateak hobetzea [1]. Laser estaldura prozesuan, urtutako igerilekua ez da egonkorra eta Marangoni-ren fluxua, hauts-injekzioa, hauts-ematea, babes-gasaren turbulentzia eta prozesatzeko parametro aldakorren ondorioz aztoratuko dira [2]. Azterketa ugarik frogatu dute gainazaleko tentsioak bultzatutako Marangoni indarrak eragin handia duela urtutako putzuaren fluxuan [3-4], eta hori ere funtsezko faktorea da estaldura-geruzaren morfologia eta diluzioa zehazteko. Urtutako igerilekuan fluxuaren portaerak eragin zuzena du materialaren egituraren bilakaeran. Likido urtutako igerilekuaren fluido-dinamika eta bilakaera geometrikoa zuzenean lotuta daude fabrikazio gehigarriko materialaren propietate mekanikoekin. Urtutako igerilekua oso denbora laburrean eratzen denez eta urtutako igerilekuaren tamaina txikia denez, ia ezinezkoa da esperimentuan zehar urtutako igerilekuaren berehalako eboluzioa zehaztasunez kontrolatzea. Hori dela eta, informatika-teknologiaren garapenarekin, urtutako igerileku barruko fluxu dinamikoaren portaeraren zenbakizko simulazioa elementu finituen simulazioaren bidez nagusi bihurtu da. Laser estaldura urtutako igerilekuaren zenbakizko simulazioan, zentzuzko bero-iturri eredu bat da zenbakizko simulazio-emaitza zehatzak lortzeko gakoa. Orokorrean, dagokion bero-iturriaren eredua benetako lan baldintzek eskatzen duten laser-bero-iturriaren arabera ezartzen da. Materialaren iraungitze-luzera, batez ere, materialaren xurgapen-koefizientearen araberakoa da laser-uhin-luzera zehatz baterako. Materialak laserra iraungitzeko duen luzeraren arabera, laser estaldura prozesuan bero-iturriaren eredua gainazaleko bero-iturri eta gorputz-bero iturrietan bana daiteke. Laserrak materialaren gainazalean jarduten badu, laser-energia 0-ra desintegratzen da transmisio-distantzia labur baten ondoren. Onar daiteke energia materialaren gainazalean guztiz xurgatzen dela, eta matrize-materialak laser-energiaren xurgapena gainazaleko xurgapena dei daiteke; transmisio-sakonera sakona bada, nahiz eta materialaren lodiera gainditu, gorputz-xurgapena dei daiteke [5].

Artikulu honek laburki deskribatzen du laser estaldura urtutako igerilekuaren eraketa-mekanismoa, eta, ondoren, laser estaldura urtutako igerilekuaren ikerketaren aurrerapena sailkatu eta berrikusten du, asko erabiltzen diren bero-iturri eredu batzuen arabera, urtutako igerilekuaren tenperatura-eremuaren eta fluxu-eremuaren zenbakizko ikerketaren egoera laburbiltzen du. simulazioa bero-iturri ezberdinen pean, eta, azkenik, laser estalduraren urtutako igerilekuaren simulazio-arazoari begira.

1 Laser estaldura urtutako putzuaren eraketa mekanismoa

Laser estaldura prozesuan, laser sarreraren energia-dentsitatea handia da. Bero-eroapena eta konbekzioa urtutako igerilekuaren bilakaera fisikoa kontrolatzen dute eta zuzenean zehazten dute tenperatura-eremua eta emari-eremuaren banaketa urtutako igerilekuan. Laser estaldura urtutako igerilekua oreka oso denbora laburrean irits daiteke, eta bertan tenperatura-gradiente handia eta konbekzio zikliko azkarra dago. Fokatutako laser izpia metalezko substratuan irradiatzen da, substratuaren tenperatura igotzen da eta urtu egiten da urtutako igerileku bat sortzeko. Toberak metal-hautsa urtutako igerilekuan isurtzen du modu sinkronoan. Urtutako igerilekuko metal likidoa Marangoni tentsioaren eraginez konbektatzen da. Urtutako igerilekuaren barruko tenperatura pixkanaka uniforme bihurtzen da. Urtutako igerilekuaren ertzera isurtzen da, urtutako igerilekuaren gainazalera iristen da eta solidotu egiten da estaldura-geruza bat osatuz. Song et al. [6] urtutako putzuaren eraketa, barne konbekzio-eredua eta estaldura-geruzaren solidotze-jokabidea aztertu zituen.

Urtutako putzuan indarrak konplexuak dira. Urtutako igerilekuko fluido-fluxuaren eragile nagusia flotagarritasunaren eta gainazaleko tentsio-gradientearen eta ebakidura-indar likatsuaren arteko orekak sortutako Marangoni-ren fluxua da. Shi Jianjun-ek [7] urtutako putzuaren hiru dimentsioko indarra aztertu zuen. Urtutako igerilekuaren indar-analisia 8. Irudian agertzen da, batez ere gainazaleko tentsioa Fγ, ebakidura-indar likatsua Fμ, G grabitatea eta babes-gasaren presioa Fp, eta θ substratuaren desbideratze-angelua da. Azaleko tentsioaren, grabitatearen, zizaila-indar likatsuaren eta babes-gasaren presioaren eraginez, metal urtuak dinamikoki orekatuta dagoen metal urtutako igerilekua osatzen du. Horien artean, gainazaleko tentsioak du eragin handiena urtutako igerilekuan, eta urtutako igerilekuko fluidoaren fluxua, batez ere, gainazaleko tentsioak bultzatutako Marangoni konbekzioak eragiten du.

2 Laser estalduraren zenbakizko simulaziorako bero-iturri ereduaren ikerketaren aurrerapena

2.1 Gainazaleko gauss bero-iturri

Gaur egun, laser estalduraren zenbakizko simulazio gehienek Gausseko bero-iturriaren eredua erabiltzen dute, 2. Irudian ikusten den moduan. Laser energia normalean espazioan banatzen da, gehiago erdigunean eta gutxiago ertzean, hau da, benetako prozesatzeko prozesuarekin bat datorrena. Hala ere, urtutako igerilekuaren sakoneraren norabidean energia-banaketa ez da aintzat hartzen, beraz, ez da egokia urtutako igerileku sakonagoko lan baldintzetarako.

Bero-fluxuaren dentsitatearen ekuazioaren adierazpena hauxe da: Ikus irudiko (1) eta (2) formulak. Non: q(r) r erradioan gainazaleko bero-fluxua da, W/m2; R lekuaren erdigunetik distantzia da, m; c bero-fluxuaren kontzentrazio-koefizientea da, m2; qm bero-iturriaren erdian dagoen bero-fluxu maximoa da, W/m2; P laser-potentzia da, W; η laser erabilera-tasa da.

Gaussaren gainazaleko bero-iturri egokia da urtutako igerilekuen zabalera eta sakonera eta estaldura-geruzaren lodiera txikiko baldintzetarako. Urtutako igerilekuaren tenperatura-eremuaren zenbakizko simulazioa egiteko, Wang Zhijian et al. [10] Gauss-eko gainazaleko bero-iturri erabili zuen TC4 titanio-aleazioko geruza bakarreko laser urtutako igerilekuaren solidotze-prozesua zenbakiz simulatzeko. Azterketak aurkitu zuen pasabide bakarreko laser estalkietan, isatsean bero-transferentzia azkarra dela eta, urtutako igerilekuaren aurreko muturrean beroa atzeko muturrean baino gehiago kontzentratuta dago eta urtutako sakonera handiagoa da. Laser potentzia handitzearekin batera, urtutako igerilekua urtutako sakonera eta beroaren eraginpeko zonaren barrutia pixkanaka handitzen dira energia sarreraren gehikuntza dela eta. Pant et al. [11] urtutako igerilekuak nahasteko eredu bat ezarri zuen elementu finituen metodoan oinarrituta eta urtutako igerilekuaren bero-transferentziaren portaera aztertu zuen laser-deposizioaren urtze garaian. Emaitzek erakusten dute urtutako putzua aurrealdean eliptikoa dela eta kometa-formako isatsa luzatuta duela. Urtutako igerilekuaren zabalera handitzen da laser-potentzia handitzean (3. irudian ikusten den bezala). Hozte-abiadura eskaneatze-abiadura handitu ahala handitzen da, eta laser-potentzia handitzeak urtutako igerilekuan tenperatura-gradientea handituko du, eta horren arabera hozte-tasa handituko da.

Horrez gain, jakintsu batzuek gaussaren gainazaleko bero-iturri urtutako igerilekuaren hiru dimentsioko morfologiaren simulazioa aztertu dute. Fallah et al. [12]-ek elementu finituen ereduaren simulazio iragankorra proposatu zuen urtutako igerilekuaren tamaina eta morfologia-eboluzioa aurreikusteko laser hautsaren metaketan zehar. Emaitzek erakutsi zuten simulatutako igerileku urtuaren profila esperimentutik gertu zegoela,
baina ez zen azterketa zehatzik egin urtutako igerilekuko tenperatura-eremuan eta emari-eremuan. Gao et al. [13] hiru dimentsioko zenbakizko iragarpen-eredu bat ezarri zuen pasabide bakarreko prozesatzeko laser estalduran zehar. Gaussaren banaketa-bero iturria erabiliz eta jaiotza- eta heriotza-unitateen metodoan oinarrituta, estaldura-geruzaren forma geometrikoa ez da aurrez ezarri behar. Tenperatura-eremu iragankorra eta estaldura-geruzaren egitura geometrikoa aldi berean kalkulatzen dira. Lortutako estalduraren forma bat dator emaitza esperimentalekin, 4. Irudian ikusten den bezala. Horrez gain, prozesu-parametroek tenperatura-eremuan eta estaldura-geruzaren forma geometrikoan duten eragina ere aztertu dute.

Zenbait jakintsuk estaldura-geruzaren hiru dimentsioko forma aurrez ezarriko dute aldez aurretik Gauss-eko gainazaleko bero-iturri urtutako igerileku-eremua simulatzeko. Liu Han et al. [14] hiru dimentsioko eredu bat ezarri zuen jalkitze-geruzaren tamaina errealaren sestran oinarritutako tenperatura-eremuaren eta tentsio-eremuaren zenbakizko simulazio-azterketan laser-deposizioaren hiru dimentsioko konformazio-prozesuan. Oinarri horretan, zeta-hautsaren laser deposizio sinkronoko igerileku urtuaren elementu finituen eredua ezarri zen, eta urtutako igerilekuen fluxu-eremuaren banaketa-legea lortu zen. Urtutako igerilekuaren sekzioan simetrikoki banatutako bi zirkulazio eratzen dira, eta bi zirkulazio erradial sortzen dira, bata aurrean indartsua eta bestea ahulena atzealdean. Urtutako igerilekuaren goiko gainazaleko fluidoen banaketak difusio-lege bat erakusten du erditik ertzera. Li et al. [15]-ek COMSOL softwarean oinarritutako disko laser bidezko estaldura-prozesuaren eremu anitzeko akoplamendu-eredu bat ezarri zuen, eta materialaren propietate fisiko termikoak kalkulatu zituen CALPHAD metodoa erabiliz. Gaussaren gainazaleko bero-iturri bat erabiliz, laser izpiaren eta hautsaren arteko elkarrekintza eta urtutako igerilekuaren barruko tentsio-baldintzak osoki kontuan hartu ziren, eta tenperatura-eremuaren eta fluxu-eremuaren aldaketa-legea lortu zen disko-laser-estaldura-prozesuan zehar. Urtutako igerilekua elipsoidala da, eta tenperatura altuena urtutako igerilekuaren erdialdearen atzealdean gertatzen da. Estalduraren hasierako fasean, urtutako igerilekuaren emaria baxua da, eta bero-eroaleak zeresan handia du urtutako igerilekuaren energia-transferentzian; Estaldura-prozesuak aurrera egin ahala, urtutako igerilekuan metal urtuaren emari-abiadura bizkortu egiten da, eta bero-konbekzioak garrantzi handia du une honetan, 5. eta 6. irudietan ikusten den bezala.

2.2 Azaleko bero-iturri anularra

Azaleko bero-iturri anular hutsezko laser estalduraren zenbakizko simulaziorako berezia den bero-iturri eredu bat da. "Habe hutsa eta hauts elikadura habean" laser hutsezko estaldura-prozesu berrian oinarritzen da, "laser solido" estaldura tradizionalaren aurrean abantaila paregabeak dituena. Bere oinarrizko printzipioa habe solidoa habe anular huts batean bihurtzea da [16-17] habe bihurtze-sistemaren bidez, energia banaketaren kontzentrazio-eremua erdigunetik kanpoko ertzera alda dadin (7. Irudian ikusten den bezala), eta horrek Gauss-eko laser solidoen estaldurak eragindako urtutako kanalaren ertzean osorik gabeko urtze-fenomenoa ezabatu eta lotura metalurgiko eskasaren desabantaila hobetu [18].

Bere eremu eraztuneko energia-banaketa ere Gauss-aren banaketa bezalakoa da, eta energia-banaketaren funtzioa hau da: Ikus (3) formula irudian. Non: R0 laserren kanpo-diametroa foku-posizioan, mm; z desenfokea da, mm; φ laser izpi hutsaren eta norabide horizontalaren arteko angelua da; ξ energia gailurraren posizio-koefizientea da.

Tian Meiling et al. [18]-ek ANSYS elementu finituen analisi softwarea erabili zuen laser hutsaldun urtutako igerilekuaren tenperatura-eremua simulatzeko eta hiru dimentsioko fluxu-eremuaren banaketaren analisi teorikoa egin zuen. Laser-estaldura urtutako putzuaren fluxu-eremuak lau eraztun-fluxuaren banaketa simetrikoa erakutsi zuen, 8. Irudian erakusten den moduan. Shi Gaolian-ek [20]-ek ANSYS elementu finituen softwarea erabili zuen eta gainazaleko bero-iturri anular hutsaren ereduan oinarritzen zen tenperatura iragankorra simulatzeko. Fe45 aleazioko 313 altzairu lagin estalduraren igerileku urtuaren eremua, eta laser hutsezko estaldura igerileku urtuaren tenperatura eremuaren bilakaera-legea lortu zuen. Estaldura-prozesuan bero-metaketaren efektua dela eta, urtutako igerilekuan tenperatura pixkanaka handitzen da eskaneatzeko denbora eta altuera handitu ahala. Urtutako igerilekuaren forma, posizioa eta energia-dentsitatearen banaketa eta eratutako piezaren kalitatea nabarmen aldatuko dira lan-zikloaren aldaketarekin. Li Guangqi et al. [21]-ek ANSYS softwarean oinarritutako eraztun hutsaren laser kargatzea simulatu zuen APDL hizkuntza erabiliz jaiotza-heriotza unitatearen metodoarekin konbinatuta eta estaldura-geruzaren tenperatura-eremuaren banaketa legea lortu zuen. Estaldura-prozesuan zehar tenperatura-eremuaren banaketa orokorra "kometa formakoa" zen. Eskanearen hasierako fasean, lekuak eraztun forma osoa erakutsi zuen, energia banaketa teoriko berdinarekin. Eskaneaketa prozesuak aurrera egin ahala, tenperatura altuko eremua atzerantz mugitu zen bere osotasunean, eraztun-formatik jarleku-formara pixkanaka eboluzionatuz, 9. Irudian erakusten den moduan. Horrek baieztatzen du eraztun hutsaren laser-energiaren ezaugarriak "erdialdean baxua". eta ertzean altua”. Horrez gain, estaldura-geruzaren tenperatura-eremuaren gainazaleko geruzak "haran sakoneko forma" erakusten zuen, bi aldeetan altua eta erdian baxua, eta estaldura-geruzaren sakoneran, tenperatura pixkanaka txikitzen joan zen sakonera handituz. , 10. irudian ikusten den bezala.

2.3 Gaussiar gorputzaren bero-iturri

Benetako laser estaldura prozesuan, laser izpia abiadura jakin batean mugitzen da, eta energiaren banaketa ez da uniformea, batez ere argi-iturriaren energia-banaketa eskaneatzeko noranzkoaren perpendikularra nahiko desberdina da, eta gainazaleko bero-iturriaren eredua ezin da sartu. urtutako putzua. Hori dela eta, gorputzaren bero iturria sortu zen. Gorputzaren bero-iturriaren laser-energia hauts-geruzaren gainazalean ez ezik, estaldura-geruzaren barnean sar daiteke, eta horrek tenperatura-eremu iragankorreko edo urtutako igerilekuko fluxu-eremuaren kalkulu-zehaztasuna hobetzen du. 22]. Zenbait jakintsuk Gauss-en gorputz-bero-iturri birakaria ezarri dute Gauss-en gainazaleko bero-iturri ereduan oinarrituta, 11. Irudian ikusten den bezala. Gauss-en gainazaleko gorputz birakaria bere simetria-ardatzaren inguruan Gauss kurba biratuz eratzen da. Bero iturriaren energia gainazaleko gorputz honen barruan banatuta dagoela suposatuz, sekzioan bero-fluxuaren dentsitatea Gauss banaketa da.

Energia banatzeko funtzioa hau da: ikus irudiko (4) eta (5) formulak. Non: e oinarri naturala den; R0 bero iturriaren irekieraren erradioa da; H bero iturriaren altuera da; Q bero iturriaren potentzia da.

Gauss-en bero-iturria laser estaldura urtutako igerilekuaren zenbakizko simulaziorako bero-iturri gehien erabiltzen den eredua da. Zhang Kerong et al. [24] TC4 titanio-aleazioko giltza-zuloaren laser urtze sakoneko soldadura prozesu iragankorra zenbakiz simulatu zuen Gaussiar bolumenaren bero-iturriaren eredu birakarian oinarrituta, eta prozesu-parametro ezberdinek giltza-zuloaren morfologian duten eragina gehiago aztertu zuten esperimentuekin batera. Azterketak erakutsi zuen laserren energia-dentsitatea handituz, laser-potentzia handituz edo lekuen diametroa gutxituz, giltza-zuloaren sakonera handitu zela eta tamaina zabalagoa zela. Lekuaren diametroa giltza-zuloaren morfologian eragin handiena duen prozesu-parametroa da. Sun et al. [25]-ek laser-norabidezko energia-deposizioaren hauts-partikulak simulatu zituen software jarioan oinarrituta, fase diskretu-eredu bat erabiliz, eta hauts-geruzaren morfologia eta tenperatura- eta abiadura-eremuen banaketa aztertu zituen Gaussiar bero-iturriaren ereduarekin batera. Emaitzek erakusten dute abiadura handiko laser-energiaren jalkitze zuzenean, hautsaren ekintza eremuan beheranzko fluxu-abiadura nagusi dela hautsaren elikadurak eragindako presioa dela eta, 12. Irudian ikusten den moduan.

Urtutako igerilekuen morfologiaren zenbakizko simulazioan, Gausseko bero iturrian oinarrituta. Chai et al. [26] laser estalduraren eredu numeriko bat ezarri zuen substratu inklinatu batean, automata zelularreko metodoan oinarrituta, eta inklinazio angelu desberdinen eragina simulatu zuen estaldura-geruzaren sekzio-eremu erlatiboan, zabaleran, altueran eta erpin-desplazamenduan, atalean erakusten den moduan. 13. Irudia. Emaitzek erakusten dute sekzio-eremu erlatiboa lehenik handitu egiten dela, gero txikiagotzen dela, eta gero egonkorra izaten dela substratuaren inklinazio-angelua handitzean; estaldura-geruzaren zabalera handitu egiten da inklinazio-angelua handitu ahala, eta altuera lehenengo handitu eta gero txikiagotu egiten da; substratuaren inklinazio-angelua handitzean, estaldura-geruzaren grabitate-osagaia gero eta handiagoa da eta erpinaren desplazamendua pixkanaka handitzen da.

2.4 Bero-iturri elipsoidala

Laser estalduran urtutako igerilekuan energiaren banaketa sarritan ez da hiru dimentsioko gaussiar errotazio gorputza. Urtutako igerilekuaren tamaina eta forma zehatzago simulatzeko, banaketa elipsoidal gorputzeko bero-iturri bat proposatzen da. Bi motatako bero-iturri elipsoidalak daude: bero-iturri elipsoidal bakarra aurrealdetik atzeko simetria duena eta elipsoidal bikoitza bero-iturri bat aurrealdetik atzeko energia-banaketa ezberdina duena. Lehen egunetan, jakintsu batzuek bero-iturri hemisferiko bat proposatu zuten [27], eta bere energia banatzeko funtzioa hau da: ikus (6) formula irudian. Non: q(x,y,z) koordenatu-sistemako (x,y,z) puntuaren bero-fluxuaren dentsitatea da; c esferaren erradioa da; Q bero-sarrerako tasa da.

Behaketa esperimental ugariren arabera, benetako bero-iturri ez dago simetrikoki banatuta aurrealdean eta atzealdean. Hori dela eta, ikertzaileek elipsoide bikoitzeko bero-iturri bat proposatu zuten (14. irudian ikusten den bezala), aurreko eta atzeko zatiak bi 1/4 elipsoide izanik hurrenez hurren.

Bere aurreko eta atzeko energia banatzeko funtzioak hauek dira: Ikus irudiko (7) formula. Non: qf eta qr aurreko eta atzeko erdi elipsoideetan bero-fluxuaren banaketa dira hurrenez hurren; af eta ar aurreko eta atzeko erdi elipsoideen erdi-ardatzak dira hurrenez hurren; bh eta ch aurreko eta atzeko erdi elipsoideen beste bi ardatzak dira hurrenez hurren, eta bi elipsoideen bi erdi-ardatz laburrak berdinak dira; ff eta fr aurreko eta atzeko erdi elipsoideetan bero-sarreraren zatiak dira, hurrenez hurren, eta ff + fr = 1.

Bero-iturri elipsoideak sortzen duen urtutako igerilekuaren tamaina handia dela eta, asko erabiltzen da laser prozesatzeko prozesuen zenbakizko simulazioan, hala nola laser bidezko soldadura [29-30] eta laser bidezko estaldura aurrez ezarritakoa. Hocine et al. [31] hiru bero-iturri ereduen arteko desberdintasunak (bero-iturri elipsoidea, bero-iturri elipsoide bikoitza eta bero-iturri zilindrikoa) tenperatura-eremuaren bilakaera eta urtutako igerilekuaren ingerada laser urtze selektiboan simulatzean aztertu zituen. Emaitzek erakutsi zuten hiru bero-iturri ereduek abantaila bereziak dituztela tenperatura-eremua eta urtutako igerilekuaren sestra kalkulatzeko. Bero-iturri zilindrikoa egokia da urtutako igerilekuaren tenperatura-eremua kalkulatzeko, eta elipsoidearen bero-iturriak zehaztasun handiagoa du urtutako igerilekuaren sestra kalkulatzeko. Luo Xinlei et al. [32]-ek ANSYS APDL erabili zuen kanal bakarreko laser urtze selektiboaren tenperatura-eremua simulatzeko eta simulazio-emaitzak alderatu zituen Gaussaren gainazaleko bero-iturriaren eta elipsoide bikoitzaren bero-iturripean. Emaitzek erakusten dute elipsoide bikoitzeko bero-iturri gaussarren gainazaleko bero-iturri baino adostasun hobea duela emaitza esperimentalekin, bere energia-banaketa benetako laser bero-iturritik hurbilago dagoelako. Laser urtze selektiboaren prozesuan, laser sarrerako energia dentsitatea aldatu gabe, laser potentzia eta eskaneatzeko abiadura handitzeak nabarmen handituko ditu urtutako igerilekuaren sakonera eta zabalera, 15. Irudian ikusten den moduan.

Zenbait jakintsuk ikerketa sakonak ere egin dituzte urtutako igerilekuaren tenperatura-eremuaren aldaketei buruz, prozesu parametro desberdinetan. Hao Xiaojie-k [33] ABAQUS softwarea erabili zuen laser urtze selektiboan tenperatura-eremuaren aldakuntza aztertzeko. Bero-iturri elipsoide bikoitza erabili zuen, laser-energiaren sarrera bolumen jakin batean banatzen zuena eta material-ereduaren nodoetan bero-fluxuaren dentsitate moduan aplikatu zuen. Laser urtze garaian prozesu-parametro ezberdinek tenperatura-eremuan duten eragina aztertu zuen. Laser potentzia bakarrik handitzen denean, batez besteko berokuntza-tasa eta hozte-tasa urtutako igerilekuan eta urtutako igerilekuaren tamaina horren arabera handitzen dira; eskaneatzeko abiadura bakarrik handitzen denean, batez besteko berotze-tasa eta hozte-tasa urtutako igerilekuan etengabe handitzen dira, urtutako igerilekuaren tamaina erlatiboki txikitzen den bitartean; eskaneatzeko tarteak urtze-kanalen arteko birfusio-efektuari eragiten dio, hautsaren lodierak, berriz, eskaneatzeko geruzen arteko lotura-efektuari.

2.5 Bero iturri konbinatua

Bolumen bakarreko banaketa-bero-iturburuak bero-iturriaren banaketa-legea errazten du urtutako igerilekuaren sakoneran, eta ez du laser-energiaren banaketa-diferentzia bereizten urtutako igerilekuaren gainazalean eta barruan [34]. Hori dela eta, bero-iturri konbinatuak eratortzen dira, hala nola gorputz-bero-iturri segmentatua, kono elipsoide bikoitzeko bero-iturri konbinatua eta gauss-azaleko bero-iturri eta gorputz-bero-iturri konbinatzen dituen bero-iturri konbinatua. Bero-iturri konbinatuak gainazaleko bero-iturriaren eta gorputz-bero-iturriaren abantailak konbinatzen ditu, benetako lan-baldintzekin bat datorrela eta simulazio-zehaztasun handiagoa du. Bero-iturri konbinatuan, gainazaleko bero-iturri gaussiar bero-fluxua banatzeko gainazaleko bero-iturri bat da, eta gorputz-bero-iturri, oro har, linealki atenuatuta dagoen gauss zilindro-bero-iturri bat edo gorputz-bero-iturri birakaria beheranzko bero-fluxua [35].

Cai Haipeng et al. [36] soldadura-bero-iturria hobetu zuen Gauss-en bero-iturri mugikorren arabera, bero-iturriaren eredu segmentatu bat ezarri zuen, sare lodiak eta bero-iturriaren segmentazio egokia erabili zituen soldadura-deformazio-arazoa kalkulatzeko, eta tokiko sare finduaren teknologia konbinatu zuen, simulatzeko. estresaren bilakaera. Wang Qibing et al. [37] bero-iturri konbinatu bat erabili zuen elipsoide bikoitzeko bero-iturriaren goiko aldea eta Gauss-eko gorputz birakariaren bero-iturriaren behealdea konbinatuz, urtutako igerilekuaren beroa eta fluxu-eremua simulatzeko, Invar altzairuaren laser-MIG soldadura hibridoan. Emaitzek erakutsi zuten bero-iturri konbinatuak simulatutako igerileku urtutako tenperatura-eremuaren banaketa, funtsean, benetako emaitza esperimentalekin bat zetorrela. Xie Yinkai et al. [38] gorputz birakari parabolikoaren bero-iturri baten (beheko erdia) eta bero-iturri zilindriko baten (goiko erdia) (16. Irudian ikusten den bezala) bero-iturri konbinatua ezarri zuen, urtutako igerilekuaren tamainaren, urtze-fluxuaren eta gasaren asaldura espezifikoak simulatzeko. -Likidorik gabeko interfazea laser urtze selektiboan. Pasabide bakarreko estalkietan, eskaneatzeko abiadura eta hauts-geruzaren lodiera nagusitzen dira poroen eraketaren faktoreak. Pasabide anitzeko estaldurarako, poroen sorreran eragiten duten faktoreak batez ere eskaneatzeko tartea dira, eta poro kopurua handitzen da eskaneatzeko tartea handitu ahala.

Wang Yiwen et al. [39] Fluent softwarean oinarritutako hiru dimentsioko eredu simetriko numeriko bat ezarri zuen urtutako igerilekuaren higidura iragankorra eta beroa eta masa transferitzeko. Gausseko bero-iturri hemisferiko hiru dimentsio bat erabiliz, urtutako igerileku likido/gas interfazearen eboluzio-prozesua eta fluxu-portaera prozesuko parametro ezberdinetan aztertu ziren, eta emaria, tenperatura eta urtutako igerilekuaren tamainaren eta gainazaleko kalitatearen arteko erlazioa ezarri zen, erakusten den moduan. 17. eta 18. irudietan, hurrenez hurren. Emaitzek erakusten dute esperimentuak eta simulazioak lortutako pasabide bakarreko estaldura-geruzaren morfologia antzekoa dela. Urtutako igerileku egonkor bat eratu ondoren, urtutako igerilekuko fluidoa tenperatura altuko eremutik tenperatura baxuko eremura isurtzen da forma erradial batean, eta emaria pixkanaka handitzen da erditik kanporantz. Kamerak zepen emaria denbora errealean kontrolatzen du eta simulatutako fluxu-eremuaren fluxuaren norabidea koherentea da.

2.6 Beste bero-iturri eredu batzuk

Informatika-teknologiaren garapenarekin batera, jakintsu batzuek lehendik dagoen bero-iturriaren eredua gehiago optimizatu dute benetako lan-baldintzen arabera eta bero-iturri-eredu berri bat ezarri dute. Horrez gain, zenbakizko simulazioak prozesatzeko baldintza berezi batzuetan ere lor daitezke bero-iturri eredu espezifikoen bidez, hala nola banda zabaleko laser izpiaren bero-iturriaren eredua, eraztun hutsaren bero-iturriaren eredua, etab.

Lei Dingzhong et al. [40] TracePro softwarea erabili zuen argi-bidea simulatu eta aztertzeko, eta banda zabaleko laser estaldura-toberak argiz hauts elikadura duen banda zabaleko laser-estaldurako pitak eratutako W argi-fluxuaren banaketa simulatu eta aztertzeko, eta eraztun hutsaren banda zabalaren hiru dimentsioko eredu matematikoa ezarri zuen. laser ispiluaren gainazalean. Tseng et al. [41] SYSWELD softwarean oinarritutako laser bero-iturriaren eredu bat proposatu zuen, laser izpiaren ezaugarriek eta prozesu-parametroek tenperatura-eremuan eta estaldura-geruzaren forman duten eragina modu sakon batean aztertu zuten, eta laser-estalduraren egiaztapen esperimentalerako zenbakizko eredu bat diseinatu zuen laser prozesatzeko beste prozesu batzuen zenbakizko simulazioari aplikatuko zaio. Liu et al. [42] banda zabaleko laser izpien bero-iturriaren eredua ezarri zuen, eta bere energia banatzeko funtzioa hau da: ikus (8) formula irudian.
Non: I0=αβP/(wd). α laser xurgapen-koefizientea da, α=0.75; β potentzia-eraginkortasuna da, β=0.98; P laser potentzia da; d banda zabaleko laser puntuaren zabalera da, d=1.5 mm; w banda zabaleko laser puntuaren luzera da, w=15 mm. Liu et al. [42]-ek pasabide bakarreko estaldura-geruza baten tenperatura-eremua eta tentsio-eremua aztertu zituen izpi zabaleko laser-estalduran, non tenperatura-eremuaren banaketa 19. Irudian ageri den. Tenperaturaren datuekin konbinatuta, urtutakoaren luzera, zabalera eta sakonera. igerilekua kalkulatu zuten. Aldi berean, laser potentzia eta eskaneatzeko abiadura bezalako prozesu-parametroek urtutako igerilekuaren tamainan, tenperatura-gradientean, hozte-tasa eta solidotze-tasa izan dituzten ondorioak eztabaidatu dira. Horrez gain, estaldura-geruzaren tentsio termikoaren eremuaren banaketa norabide ezberdinetan eta bide ezberdinetan ere aztertu da.

Feng Yiqi-k [43] urtutako igerileku urtutako fluidoen mekanikaren eredu selektiboa ezarri zuen. Hauts-ohearen barruko laserren energia-atenuazio-ezaugarrietan oinarrituta, simulazioan laser-intentsitatea arintzeko gorputz-bero-iturri bat erabili da: ikus (9) formula irudian.
Hautsa zabaltzeko ereduaren simulazio-emaitzak urtutako igerilekuen fluidoen mekanika eredura inportatu ziren, urtutako igerilekuaren fluxuaren portaera iragartzeko, eta urtutako emariaren portaeraren, zuloen eta esferoidazioaren efektuaren arteko erlazioari buruzko azterketa sakona egin zen. igerilekua pasabide anitzeko estalduran. Emaitzek erakusten dute material gehigarriaren beheko gainazalak hauts banaketa trinkoagoa duela beheko gainazal lauak baino. Urtutako igerilekuaren fluxuaren ziurgabetasun handia dela eta, esferoidizazio-fenomenoa material gehigarriaren beheko gainazalean gertatzen da batez ere, eta fusionatu gabeko zuloak estaldura anitzen arteko urtze-kanalaren lepoan sortzen dira batez ere, 20. Irudian ikusten den moduan.

Song et al. [44] hauts-zorrotadaren eta laserraren arteko elkarrekintzaren atenuazio-efektua eta urtutako igerilekuan sartzen diren hauts urtu gabeko partikulen bero-hustugailuaren efektua aztertu zuten. COMSOL softwarean oinarrituta, gas-likido interfazearen urtze-fluxua eta gainazaleko tentsioa simulatzeko bero-iturriaren eredu bat ezarri zen. Tenperatura-eremua eta fluxu-eremuaren banaketa 21. Irudian ageri dira. Aldi berean, urtutako igerilekuaren gainazal askearen kurbadura eta estaldura-geruzaren tamaina aurreikusi ziren. Zeharkako hiru norabide ezberdinetan, simulatutako tenperatura-gradientearen norabidea alearen hazkuntzaren norabidearekin bat dator. Estaldura-geruzaren zabaleraren, altueraren eta urtutako igerilekuaren sakoneraren egiaztapen esperimentalak erakusten du prozesu-parametroen arabera, laser-potentzia, laser eskaneatzeko abiadura eta hauts elikadura-tasen eragina kontuan hartuta, simulazioaren emaitzen eta emaitza esperimentalen arteko errore maximoa % 10ekoa dela.

Xu Jiachao et al. [45] eraztun hutsezko laser bero-iturri baten hiru dimentsioko eredu matematiko bat ezarri zuen, iraultza-gorputz geometriko baten ideia konbinatuz, eta honela lortu zuen bere formula analitiko matematikoa: ikus (10) irudiko formula.

Non: f1 energia bihurtzeko koefizientea da, f1≤1; Q bero-sarrerako potentzia da, W; μ energia gailurraren posizioa da, normalean eraztun-eremuaren erdian kokatuta dagoena, hau da, μ=(R+r)/2; a eraztunaren zabaleraren 1/2 da, hau da, (Rr)/2; R eta r eraztun-puntuaren kanpoko diametroa eta barne-diametroa dira, mm; c argi iturriaren sakonera da, mm. Bero-iturriaren ereduaren parametro garrantzitsuak esperimentalki zehaztu ziren, eta eredua COMSOL softwarean oinarrituta kargatu zen, eraztun-laser-estalduraren tenperatura iragankorreko eremuaren banaketa eta ziklo termikoaren kurba simulatzeko. Tenperaturaren gailurra eta gailurra harana txikitu eta handitu egiten dira, hurrenez hurren, bero metaketaren eta bero-eroapenaren ondorioz. Geruzaren altuera handitzen den heinean, metatutako geruzaren tenperatura igotzeko eremua laua bihurtzen da.

Laburbilduz, asko erabiltzen diren laser bero-iturri eredu batzuen ingurune aplikagarriak 1. taulan laburbiltzen dira. Tenperatura-eremuaren simulazioan, eredu ezberdinek lortutako tenperatura-eremuaren banaketa-joerak antzekoak dira, guztiak kometa eliptikoen formakoak, eta desberdintasun nagusia. tenperatura altuko eremu desberdinak dira; fluxu-eremuaren simulazioan, bero-iturri eredu ezberdinek lortutako urtutako igerilekuko fluxu-eremuaren banaketa orokorra antzekoa da, eta abiadura handiko eremua urtutako igerilekuaren erdian ere kontzentratzen da. Desberdintasun nagusia da urtutako igerilekuaren tamaina desberdina dela, eta energia-banaketa gehiago sakabanatu duen bero-iturri ereduak urtze-sakonera eta zabalera txikiagoak lortzen dituela. Prozesuaren parametroak benetako estaldura prozesuan konplexuak direnez, 1. taula erreferentziarako baino ez da, eta bero-iturriaren eredua arrazoiz hautatu behar da benetako baldintza esperimentalen arabera.

3 Likido askearen gainazalaren aurrerapena laser estalduraren zenbakizko simulazioan

Laser-estaldura-prozesuan, urtutako igerilekuko likido askearen gainazala airearekin zuzenean kontaktuan dago, eta horrek batez ere gainazaleko tentsioak eragiten du eta estaldura-geruzaren tamaina-profila zuzenean zehazten du. Gaur egun, urtutako igerilekuaren gainazal askea aztertzeko metodo nagusien artean, sareta finkoetan oinarritutako Level Set metodoa, Fluid-en Bolumena metodoa, Maila Akoplatua Ezarri metodoa eta Fluid-Bolumena metodoa, Phase Field metodoa eta Lagrangian-Euleriako metodo arbitrarioa mugitzen diren sareetan oinarrituta.

3.1 Maila ezarri metodoa

Level Set (LS) metodoak, isosurface funtzioaren metodoa bezala ere ezagutzen dena[49], distantzia eremuko funtzio bat erabiltzen du interfaze dinamikoa deskribatzeko. Level Set metodoa hasiera batean fase anitzeko fluxuaren interfazea aztertzeko proposatu zen, eta gaur egun irudien ezagutzan, interfazearen berreraikuntzan eta beste esparru batzuetan ere erabiltzen da. Liu et al.[50] Level Set metodoa erabili zuen urtutako metalaren gainazal askearen jarraipena egiteko laser urtze selektiboan eta aurkitu zuen gainazaleko tentsioaren aldaketak eragindako asaldura ezegonkorrak tokiko depresioak eragiten zituela urtutako igerilekuaren gainazalean, eta horrela estalduraren gainazaleko zimurtasunari eragiten ziola. geruza osatu ondoren. Hala ere, LS metodoaren zenbakizko xahupena nahiko larria da kalkuluan zehar, eta horrek masa ez-kontserbazio arazoak izateko joera du.

3.2 Fluidoen bolumena metodoa

Fluidoaren bolumena (VOF) metodoak interfaze librea deskribatzen du bolumen-frakzio-funtzio bat definituz, eta interfazea berreraikitzen du bolumen-frakzioa sareta bakarrean ebatziz. VOF metodoak masa kontserbazio hobea du LS metodoak baino. Ye Chen-ek [51] laser cladding-en estaldura-geruzaren tamaina-profila simulatu eta aurreikusi zuen VOF metodoan oinarrituta, eta simulazio-emaitzak esperimentu ortogonalen bidez egiaztatu zituen. Hiru datu taldeen konparaketaren emaitzek, hots, urtze-altuera, urtze-sakonera eta diluzio-tasa, % 10eko desbideraketa bat erakutsi zuten, eta horrek frogatu zuen zenbakizko ereduaren zehaztasuna. Hala ere, VOF metodoak eraikitako interfaze librearen zehaztasuna ez da nahikoa altua, eta interfazearen noranzko normalaren fluxua ezin da zehatz-mehatz jarraitu [52]. Wen Baoxian et al. [53] hauts-ohean laser-energiaren banaketaren gorputz-bero iturriaren eredu bat ezarri zuen hauts-erdian dagoen argi izpiaren hedapen-legean oinarrituta, software jarioan oinarrituta, eta VOF metodo klasikoa aldatu zuen eta VOF metodo bat proposatu zuen. hautsa urtu ondoren kolapso-fenomenoa simulatzeko erabiliko da. Kalkuluen emaitzek erakusten dute hauts-geruzaren bolumenaren aldaketak urtutako igerilekuaren tenperatura-eremuan eta abiadura-eremuan eragina izango duela, baita piezaren azken morfologian ere.

3.3 Maila-multzo akoplatuaren metodoa eta fluidoen bolumenaren metodoa

Coupled Level-set with VOF (CLSVOF) metodoak LS metodoaren eta VOF metodoaren abantailak konbinatzen ditu eta interfazearen berreraikuntzaren zehaztasun eta masa-kontserbazio ona ditu. Wei et al. [54] LS metodoa eta VOF metodoa konbinatu zituen fase anitzeko fluxu-eredu akoplatua proposatzeko laser-hari beroaren jalkitze garaian beroa eta masa-transferentzia eta gainazal askearen fluxua aztertzeko. Ereduak 0.03 mm inguruko gas/likido interfazearen gorabehera sotilak har ditzake. Wang Xiangyu et al. [55] CLSVOF metodoa erabili zuen urtutako igerilekuaren likido askearen gainazalaren aldaketa aurreikusteko, urtutako igerilekuaren barruko masa-transferentzia aztertu zuen eta fase anitzeko fluxu-eredu bat proposatu zuen material heterogeneoen laser-estalduraren mikrofluxua simulatzeko. Esperimentuaren eta simulazioaren arteko desbideratzeak %9ren barruan zeuden. Horrez gain, laser urtze selektiboaren arloan, Thorsten Heeling et al. [56] urtutako igerilekuaren simulazio-eredu bat ezarri zuen CLSVOF metodoan oinarrituta. Simulazioz eta esperimentu bidez lortutako igerileku urtuaren tamaina aztertzean, aurkitu zen urtutako igerilekuaren sakoneraren desbideratzea eskaneatzeko abiadura handitzean handitzen zela, eta zeharkako tamainaren desbideratzea eskaneatzeko abiadura handitzen zen bitartean.

3.4 Fasea Eremu metodoa

Phase Field (PF) metodoa Ginzburg-Landau teorian oinarritzen da eta interfazearen aldaketa iragankorrak ekuazio diferentzialen bidez ebazten ditu [57]. VOF metodoak ez bezala, ez du interfazearen berreraikuntza behar. LS metodoarekin alderatuta, ez du distantzia funtzioaren hasierako lapurtera behar. Kalkulu-kopurua nahiko txikia da, eta abantaila paregabeak ditu likido askeko gainazaleko arazoei aurre egiteko eskala txikiagoekin edo gainazaleko tentsio handiko sentikortasunarekin. Jin et al. [58] laser hauts-ohearen urtzearen bi dimentsioko zenbakizko simulazio-eredu bat ezarri zuen fase-eremuaren metodoan oinarrituta eta aurkitu zuen Marangoni efektuak urtutako igerilekuan burbuilak sortuko dituela. Birurtze-prozesuak eta laser-potentzia handitzeak poroak ezabatzen lagun dezake, 22. Irudian ikusten den bezala.

3.5 Lagrangian eta Euler metodo arbitrarioak

Lagrangian-Euleriano Arbitrarioak (ALE) metodoak interfaze dinamikoaren jarraipena egiten du interfazearen mugimendu funtzioaren bidez. Bi deskribapen metodoen abantailak konbinatzen ditu, Lagrangiarra eta Eulerianoa, eta abantaila nabariak ditu gainazal likido aske eta fluido-solido akoplamendu arazoei aurre egiteko. ALE metodoan oinarrituta, Tian et al. [59] COMSOL softwarea erabili zuen parametro fisiko anitz dituen bero-transferentzia eta fluido-fluxuaren elementu finitu eredu bat ezartzeko, eta prozesu-parametro ezberdinek diluzio-tasa eta urtutako igerilekuaren geometrian duten eragina aztertu zuten. Emaitzek erakusten dute tarte jakin baten barruan, diluzio-tasa linealki erlazionatuta dagoela energia-masaren erlazio erlatiboarekin. Horrez gain, energia-masaren erlazio erlatiboa areagotzearekin batera, urtutako igerilekuan fluidoaren fluxuarekin batera, urtutako igerilekuaren hondoko arku-formako solido-likidoen interfazea pixkanaka sakoneratik sakonera aldatzen da, 23. irudian ikusten den bezala. Gan et al. [60] fase anitzeko beroa eta masa-transferentzia-eredu bat ezarri zuen laser bidezko deposizio zuzenerako, eta sare dinamikoaren teknologian oinarritutako ALE metodoa erabili zuen urtutako igerilekuaren gainazaleko aldaketa dinamikoen jarraipena egiteko, eta urtutako igerilekuaren tamainaren profila eta konposizioaren banaketa kalkulatu zituen, adieraziz. konbekzioa da urtutako igerilekuko aleazio-elementuen masa transferitzeko mekanismo nagusia.
Laburbilduz, goiko likido askeko gainazalaren jarraipen metodoen abantailak eta desabantailak 2. taulan laburbiltzen dira.

4 Laser estaldura urtutako igerilekuen simulazio-eredua egiaztatzea

Laser cladding zenbakizko simulazioaren azterketan, zentzuzko zenbakizko analisi-eredu bat ezarri eta eredua egiaztatzea beharrezkoa da. Gaur egungo ereduaren egiaztapena batez ere urtutako igerilekuaren tenperatura, irudia eta bestelako seinaleak eskuratzen ditu, seinaleak prozesatzeko teknologia informatikoa erabiliz eta, azkenik, tenperatura-eremuaren eta fluxu-eremuaren simulazio-datuekin alderatuz eta egiaztatzen.

4.1 Tenperatura eremuaren egiaztapena

Laser estaldura urtutako igerilekuaren tenperatura detektatzeko kontaktu-detekzioa eta ukipenik gabeko detekzioa banatzen da [62]. Gehien erabiltzen den kontaktu-tenperaturaren detekzioa termopare tenperaturaren neurketaren bidez egiten da batez ere, eta tenperatura sentsore elementua neurtu nahi den helburuarekin zuzeneko kontaktuan dago. Abantaila funtzionamendu sinplea eta detekzio-zehaztasun handia da. Li Yanmin et al. [63] termopareak erabili zituen substratuaren tenperatura neurtzeko, eta zenbakizko simulazioarekin konbinatu zituen urtutako igerilekuaren barruko tenperatura-banaketa aztertzeko, eta gutxi gorabehera urtutako igerilekuaren tenperatura-aldaketa lortu zuen. Laser estaldura urtutako igerilekuaren erdian tenperatura altuegia denez, tenperatura sentsore elementuak ezin du urtutako igerilekuaren erdian tenperatura neurtu, eta epe luzerako tenperatura altuko lan-inguruneak asko murriztuko du zerbitzuaren bizitza. detektatzeko ekipoak. Hori dela eta, egungo urtutako igerilekuko tenperaturaren detekzioak ukipenik gabeko tenperaturaren neurketa hartzen du. Laser estaldura urtutako igerilekuaren ukipenik gabeko tenperatura neurtzeak tenperatura monokromoaren neurketa, tenperatura koloremetrikoa eta irudi-seinalearen eskuratzea eta tenperatura neurtzea barne hartzen ditu batez ere [64]. Peng Cheng et al. [65] ANSYS softwarea erabili zuen tenperatura-eremuaren banaketa simulatzeko titanio-aleazioko horma mehearen estaldura eratzeko prozesuan zehar, eta eraztun hutsezko laser estaldura bat diseinatu zuen urtutako igerilekuko tenperatura linean detektatzeko sistema bi koloreko termometro bat erabiliz, benetako tenperatura neurtu eta egiaztatu. simulazioaren emaitzak. Emaitzek erakusten dute jalkitze-geruza gorantz pilatzen den heinean, bero-metatze-fenomenoa larriagoa egiten dela. Forien et al. [66] laser hauts-ohearen urtze-prozesuan urtutako igerilekuaren in situ detektatzeko sistema bat diseinatu zuen, tenperatura altuko diodoen tenperatura neurtzeko eta abiadura handiko irudien teknologia erabiliz. Pirometroaren seinalearen aldaketa poroen eraketa-eremuarekin erlazionatuta zegoela ikusi zuten, eta tenperatura altuko seinalearen trantsizio-eremuan (% 5 ~% 95) poroak sortzeko probabilitatea nabarmen handitu zen.

4.2 Fluxu-eremuaren egiaztapena

Urtutako igerilekuaren fluxu-eremuaren egiaztapenak bi mota ditu nagusiki: in situ detekzioa eta ez-situ detekzioa. In situ detektatzeko, batez ere CCD kamera edo CMOS kamera bat erabiltzen da denbora errealeko urtutako igerilekuaren gainazaleko morfologia-irudia lortzeko laser estaldura-prozesuan. Irudiak prozesatu ondoren, simulazioko datuekin konparatzen da egiaztatzeko. Wirth et al. [67]-k laser cladding abiadura handiko kameraren irudiak sareko eskuratze sistema bat diseinatu zuen (24. Irudian ikusten den moduan) urtutako igerilekuaren gainazaleko fluxu-legea eta partikulen mugimenduaren abiadura lortzeko. Analisiaren arabera, urtutako igerilekuaren fluxu lokalaren noranzkoa prozesuaren parametroek eragiten dute eta nolabaiteko ausazkotasuna dauka. Zenbakizko simulazio gehienetan, urtutako igerilekuko fluidoa fluxu laminarra dela suposatzeak nolabaiteko eragina izango du simulazioaren emaitzetan. Huang Jiankang et al. [68] partikulak trazatzeko metodoa erabili zuen urtutako igerilekuko ispiluaren irudi-sistemarekin konbinatuta TIG soldadura urtutako igerilekuaren gainazalaren fluxu-portaera aztertzeko. Urtutako igerilekuaren zabaleraren eta bideo-datuen pixelen zabaleraren arteko mapa-erlazioa kalibratuz, urtutako igerilekuaren gainazaleko fluxu-abiadura 12 mm/s (304 altzairu herdoilgaitza) eta 15 mm/s (Q235 karbonoa) ingurukoa zela kalkulatu zuten. altzairua). In situ ez den detekzioak lagin esperimentalen tamaina-profila eta propietate mekanikoak hautematen ditu batez ere, eta, ondoren, simulazio-datuekin alderatzen ditu egiaztatzeko. Wu Jiazhu-k [68] laser bidezko metalaren jalkitze-prozesuaren bero-fluxuaren transferentzia-mekanismoa aztertu zuen, esperimentuak lortutako laginaren urtze-sakonera eta deposizio-geruzaren altuera neurtu zituen, eta simulazio bidez lortutako urtutako igerileku formako profilaren datuekin alderatu zituen, eredua egiaztatuz. iragarpen-zehaztasun handia du (≥% 95).

5 Laburpena eta aurreikuspenak

Laser estalduraren tenperatura-eremuaren eta fluxu-eremuaren simulazioak urtutako igerilekuaren ezaugarri metalurgiko dinamikoak agerian uzteko lagungarriak dira, baina arazo hauek daude oraindik:

1) Urtutako igerilekuaren fluxuaren eremuaren simulazioaren azterketan, muga-baldintzak ez dira perfektuak. Orokorrean, urtutako igerilekuaren gainazaleko tentsioa, grabitatea eta flotagarritasuna soilik hartzen dira kontuan, urtutako igerilekuko fluidoaren indarretarako, eta babes-gasaren presioa eta urtutako hauts partikulen eragina igerileku urtuaren gainazalean duten eragina txikiagoa da. .

2) Urtutako igerilekuaren barneko tenperatura-eremuaren eta fluxu-eremuaren aldaketak aztertzeko prozesuan, jakintsu batzuek estaldura-geruzaren forma aurrez ezarriko dute edo igerileku urtua planoan kokatzen dela suposatuko dute elementu finituen eredua ezartzean. , urtutako igerilekuaren likido/gasaren gainazal askea alde batera utzita, eta horrek eredu hauen zehaztasuna mugatzen du urtutako igerilekuaren mugimendua eta likido/gas interfazea aztertzeko, baita urtutako igerilekuaren fluxu-mekanismoa aztertzeko ere.

3) Azterketa gehienak substratu horizontaletan oinarritzen dira, baina konpondu behar diren piezak sarritan konplexuak izaten dira eta oinarri-gainazal ez-horizontaletan. Hori dela eta, oinarri horizontalak ez diren gainazaletan laser estaldurak ikerketa gehiago behar ditu.

Aurreko gabeziak ikusita, hobekuntza-neurri hauek proposatzen dira.

1) Muga-baldintzak hobetzea. Babes-gasaren presioa esperimentalki neurtzen da, kuantifikatzen da eta urtutako igerilekuaren gainazalean gehitzen da muga-baldintza gisa.

2) Zenbakizko eredua hobetu. Laser estaldura-toberaren hauts-fluxuaren eremuaren simulazio-ikerketa oso heldua da dagoeneko. Fase diskretuen eredua konbinatzen saia gaitezke simulazio-prozesuan zehar hauts-materialak gehitzeko estaldura-geruza osatzeko eta fase anitzeko fluxuaren beroa eta masa-transferentzia-eredu egokia ezartzeko.

3) Estaldura-geruzaren eraketa-mekanismoa eta eboluzio-prozesua urtutako igerilekuaren barne-indarrarekin batera aztertu behar dira, eta urtutako igerilekuaren emari-portaeraren eta jarrera aldakorren pean izandako aldaketa morfologikoen azalpen zientifikoa izango da hurrengo ikerketa gakoa. norabidea.