连续/脉冲激光定向能量沉积过程中热流输运及凝固行为的数值研究OA

建立了激光定向能量沉积(L-DED)的三维热-流-凝固结合数值模型,通过实验和数值模拟方法研究了连续波(CW)与脉冲波(PW)激光沉积过程中的热流输运及动态凝固行为。结果表明:CW模式下熔池行为稳定,而PW模式下则发生周期性振荡的熔池行为,并诱发熔道发生重熔现象。在表面活性氧和硫的影响下,CW和PW模式下的熔池均形成向内的Marangoni流动。CW模式下的熔池仅经历约束凝固过程,具有相对稳定的凝固行为,其高的温度梯度(G)和低的凝固速率(S)导致晶粒最为粗大,其平均等轴晶等效直径分别为PW-25和PW-50模式的2.6倍和2倍。相比之下,PW模式的熔池交替经历约束凝固和自由凝固过程,以自由凝固为主,呈现出动态变化的凝固行为。在自由凝固阶段,低的温度梯度和高的凝固速率促进了晶粒细化。此外,高频PW模式抑制了约束凝固区和柱状晶向等轴晶转变,并在离散带处形成跨带柱状晶;而低频PW模式则扩大了以粗晶为主的约束凝固区。