同轴送粉模拟

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同轴送粉激光定向能量沉积和激光熔化沉积

同轴送粉激光定向能量沉积和激光熔化沉积同轴送粉激光定向能量沉积和激光熔化沉积技术是一种以激光为能量源、通过同轴送粉喷嘴将金属粉末送入熔池中，在激光辐照下完成加工的一种成形制造技术。

它在汽车、航空航天、船舶等领域中得到了广泛应用。

以下是该技术的分步骤阐述。

1.准备工作首先需要准备好所需的金属粉末，制备出合适的粉末组合。

同时，需要设置好激光加工设备，确保设备处于正常工作状态。

然后，需要将金属粉末送至喷嘴，并将其与激光光束重合，以便在激光照射的同时进行喷射。

最后，需要对工作环境进行清洁，保证尽量少的灰尘、杂质等不良物质进入到制品中。

2.同轴送粉激光定向能量沉积在将金属粉末送入到喷嘴后，需要对激光光束进行设置。

通常采用的是CO2激光，激光功率较大，可以进行大范围的加热和熔化，而且可以使制品质量更加均匀。

在进行同轴送粉激光定向能量沉积时，激光在打开的熔池中加热金属粉末所在的位置，使其熔化，然后逐层递进的加工到最终的形状。

3.激光熔化沉积同样需要准备好金属粉末以及激光加工设备，但是在熔化沉积过程中需要注意的是，激光功率和加工速度必须完全匹配，以避免制品质量的不稳定性。

激光照射在金属粉末上后，会在金属粉末和底板之间形成一个熔池，而激光照射的位置则会被不断的熔化和凝固，直到最终的制品形态形成。

在以上两项技术中，可以通过改变激光的功率、速度、重叠率等参数来优化制品的质量，使其达到更好的金属成形效果。

总之，同轴送粉激光定向能量沉积和激光熔化沉积技术是现代金属成形技术中的重要发展方向，其在制造行业中得到了广泛的应用。

随着科技的不断进步，相信这项技术也将不断发展，成为金属制造业中的一大利器。

激光同轴送丝构造-概述说明以及解释

激光同轴送丝构造-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述激光同轴送丝是一种先进的材料加工技术，它利用激光束将金属线或粉末送入目标材料中进行加工。

传统的送丝技术存在一些局限性，例如传统的激光焊接技术难以实现高精度、高质量的加工。

而激光同轴送丝技术通过将激光束和送丝装置同轴排列，有效解决了这些问题。

激光同轴送丝技术的构造主要包括激光器、光纤传输系统、送丝装置和控制系统等。

激光器产生高能量、高密度的激光束，通过光纤传输系统将其输送到送丝装置中。

送丝装置通过精密控制机构，将金属线或粉末送入激光束中进行熔化或烧结。

控制系统则对整个加工过程进行实时监控和调节，确保加工的精度和稳定性。

激光同轴送丝技术在许多领域都有广泛的应用。

例如，它在航空航天、汽车制造、电子工业、医疗器械等方面发挥着重要的作用。

在航空航天领域，激光同轴送丝可用于制造复杂结构的航空发动机零部件，提高零部件的性能和耐用性。

在电子工业领域，激光同轴送丝可用于制造微观电子元件，提高电子设备的性能和稳定性。

总而言之，激光同轴送丝技术是一种先进的材料加工技术，它通过将激光束和送丝装置同轴排列，实现了高精度、高质量的材料加工。

该技术在许多领域具有广泛的应用前景。

本文将详细介绍激光同轴送丝的基本原理、构造和应用领域，并总结其优点和局限性，展望其未来的发展前景。

1.2文章结构文章结构文章的结构是指整篇文章按照一定逻辑组织的框架和顺序。

一个良好的文章结构可以使读者更容易理解文章的内容和主题。

本文将按照以下结构组织内容：引言：对激光同轴送丝进行简要的介绍，介绍本文的目的和结构。

正文：详细探讨激光同轴送丝的基本原理和构造，并介绍其应用领域。

结论：总结激光同轴送丝的优点和局限性，并展望其发展前景。

在正文部分，我们将首先介绍激光同轴送丝的基本原理和构造。

这包括激光同轴送丝技术的工作原理、主要构成部分以及其基本特点。

然后，我们将探讨激光同轴送丝技术在哪些领域有广泛的应用，例如在材料加工、制造业等领域的具体应用案例。

激光熔覆中同轴粉末流温度场的数值模拟_杨洗陈

第29卷第11期光学学报V ol.29,No.112009年11月ACTA OPTICA SINICANovember,2009文章编号:0253-2239(2009)11-3114-07激光熔覆中同轴粉末流温度场的数值模拟杨洗陈栗丽张烨(天津工业大学激光技术研究所,天津300160)摘要在激光同轴送粉熔覆中,由于激光与粉末流相互作用,粉末流整体温度分布直接影响激光熔覆的质量。

基于非预混燃烧模型,将激光相处理为连续性介质,粉末颗粒相看作离散相物质,建立了激光作用下粉末流的质量、动量和能量方程。

用Fluent 软件进行了不同激光功率和粉末流速度条件下粉末流整体温度场数值模拟,讨论了各种参数对温度场分布的影响。

为了验证该模型的准确度,利用CCD 比色测温方法测量了粉末流整体温度场分布。

结果表明,数值模拟与CCD 检测结果具有良好的一致性,数值模拟结果对激光熔覆具有指导意义。

关键词激光熔覆;粉末流;温度场;数值模拟;Fluent 软件;CCD 相机;温度测量中图分类号 T N 249 文献标识码 A doi :10.3788/AOS 20092911.3114Nume rical Simulation of Temperature Fie ld of Coaxial Powder Flowin Lase r CladdingYang Xichen Li Li Zhang Ye(La ser Pr ocessing Cent er ,T ian jin P olytechnic Un iver sit y ,T ia n jin 300160,Chin a )Abstract I n la ser coaxia l cladding,laser casing qualities are directly affected by temperature field of powder flow for the interaction between laser and powers.According to the model of non -premixed c om bustion,regarding laser beam as c ontinuity medium pha se and powder a s disperse medium phase,the conservation equations of mass,m oment um and energy are established in laser and powder puter simulations of tem perature field in different para meters are finished using Fluent software.Some effects of laser c ladding parameters on temperat ure distribution such as laser power and powder flow velocity are discussed.Temperature field distribution in the powder flow is measured by CCD c amera.It is shown that simulation and experimental results agree well,numeric al simulation of temperature field in powder flow is important for laser cladding.Key wo rds la ser cladding;powder flow;temperature field;num eric al simulation;Fluent software;CCD camera;m ea surments temperature收稿日期:2009-07-20;收到修改稿日期:2009-09-28基金项目:国家自然科学基金(60478004)和天津市科技支撑计划重点项目(08ZCKF GX02300)资助课题。

同轴送粉激光熔覆过程中粉光匹配影响因素及控制研究

（ｎｓｉｕｅｏａｅｉｌＳｆｃｇｎｅｉｇ，Ｃｈｎｇｈｎｖｒｉｙｏｃｎｏｏｙ，Ｃｈｎｇｈｎ１０２Ｃｈｎ）ＩｔｔｔｆＭｔｒａｕｒａｅＥｎｉｅｒｎａｃｕｎＵｉｅｓｔｆＴｅｈｌｇａｃｕ３０１ｉａ
．
ｅｐｅｉｅｔｌｒｓｔｈｏｔｅｗａｓｓｍｏｖｄｕｎｄｅｏａｅｉｈｔｕｘｒｍｎａｅｕｌｓｓｗｈｉｔｉｅｐａｌｎｇｔｄｗｔｈｅａｇｍｅｔｏａｒｅａｌｎｆｃｒｉｒｇｓｆｕｘ
第３３卷第５期
２１０２年ｌＯ月
长春工业大学学报（自然科学版）
ＪｕｎｌｏａｇｈｎＵｎｖｒｉｆＴｅｈｎｌｇ（ｔｒｌｃｅｃｉｉｎ）ｏｒａｆＣｈｎｃｕｉｅｓｔｏｃｏｏｏｙＮａｕａｉｎｅＥｄｔｙＳｏ
保证激光束的高能量密度，光束径尺寸一般均激
控制在较小的范围内变化。因此，同轴送粉激对光熔覆而言，现良好的粉光匹配是工艺实施的实关键技术，中意在对影响送粉激光熔覆过程中文
覆材料喷嘴特性的影响作用看作系统因素，带其来的影响作用相对稳定，响与控制采用其它方影
法进行处理。而送粉速率和载气流量是实施激光熔覆时的可变工艺参数。为了简化分析过程，只分析熔覆材料粉束腰直径与送粉速率和载气流量之间的关系。首先假设熔覆材料粉的流速与载气的流速相同且速度不变，同时假设熔覆材料粉流动时粉体

激光熔覆送粉方式讲解

图4 同轴送粉喷嘴
图5 同轴送粉喷嘴结构示意图
同轴送粉粉末预热
图6 粉末预热效果
小结
1、自动送粉方式：同步侧向送粉与同轴送粉 2、同步侧向送粉结构简单、价格较低，粉末利用率不高，熔覆质量相对较差，适用于平面、轴类激光熔覆。 3、同轴送粉结构复杂、粉末经过预热，熔覆质量好，
通用性强
作业思考题
图3 同步侧送粉示意图
同步侧送粉的特点
1、结构简单、成本较低、粉末利用率相对较低 2、要求粉末具有较好的流动性（粉末粒度：40~160μm）
过细：粉末易结团过粗：易堵来自送料喷嘴粉末需预热（100-120℃烘干）
3、运动方向变化时，送粉量受影响，熔覆层表面平整度差
同轴送粉
激光与粉末流同轴集成焦距调节、气体保护、循环冷却、粉末流道、激光束通道等结构
1、对比分析同步侧送粉与同轴送粉的优缺点
2、现有一台光纤耦合激光器，激光头拟安装到机械手上，请问
选择哪个送粉方式比较合适？为什么？
激光熔覆送粉方式
课程：激光表面改性技术
主讲教师：林继兴
激光熔覆送粉方式
教学目标通过本次课程的学习，掌握激光熔覆常见的两种送粉方式及各自的优缺点。
自动送粉方式
同步侧送粉
图1
送粉方式
同轴送粉
图2
同步侧送粉
粉末由送粉器经送粉管直接送到工件表面激光辐照区。粉末到达熔区前先经过光束，被加热到红热状态，落入熔区后随即融化，随基材的移动和粉末的连续送入，形成激光熔覆带。

送粉器的设计原理

3.2 送粉器的设计3.2.1 送粉器的粉末输送在双料斗载气式送粉器中，粉末的输送是设计的关键。

输送粉末时粉轮腔和出粉腔内的压缩气体，经出粉腔下端的出粉口形成稳定的气流携带粉末从出粉口流出，然后进入输送管道。

要想使粉末在输送管道中长距离正常地输送，根据粉体的气力输送理论，就要使粉体在管道中达到悬浮状态。

这时就要使输送物料的气流速度大于所输送物料的悬浮速度：ts v v (3-3) s v ——气流速度（m/s ）tv ——物料的悬浮速度（m/s ）颗粒就会悬浮起来并被气流推动。

但在输送过程中，由于颗粒相互间或与管壁间的碰撞、摩擦和粘附作用，加上管道中的气流速度不均以及其他因素的影响，实际输送气流速度要远大于物料悬浮速度。

对于激光涂敷来说，用小的气流速度输送出粉末，可以提高粉末的利用率。

同时还可以降低能耗、减小管道磨损。

但如果气流速度过小，物料流动状态就会变差，容易引起堵塞。

此外，为了防止管道的堵塞，还要保持有利于输送的混合比（物料量与空气量的比值）。

3.2.2 送粉器的结构设计3.2.2.1 送粉器的机械结构3.2.2.1.1 总体设计激光再制造双料斗送粉器，包括送粉部分、控制部分、配气部分和装置柜，送粉部分包括并联安装在装置柜上层的普通送粉器和超细送粉器、四路分粉器和送粉管。

其内部结构分布图如图3-3所示。

图3-4为图3-3的俯视剖面图，由图可以看出两个送粉器的安装位置。

图3-5为普通送粉器的外形图，图3-6为超细送粉器的外形图，图3-7为四路分粉器的实物图。

由图3-4可知，送粉时，普通送粉器和超细送粉器送出的粉末进入混粉器中，在气流作用下均匀混合，经一条送粉管输出进入四路分粉器，四路分粉器将粉流分为四路送入同轴送粉头，同轴送粉头将粉流聚集后送入加工区域，完成送粉过程。

工作原理如图3-8所示。

1.粉斗2.密封腔3.传动轴4.挠性联轴器5.交流电机6.电机支架7.支撑底板8.出粉管9.粉轮 10.粉轮腔 11.进气口 12.进气口 13.进料口图3-5 普通送粉器示意图 1.搅拌器 2.粉斗 3.密封腔 4.传动轴 5.联轴器 6.交流电机 7.电机支架 8.底板 9.出粉管 10.粉轮 11. 粉轮腔 12.进气口 13.进气口 14.进料口图3-6 超细送粉器示意图图3-7 四路分粉器1.超细送粉器2.普通送粉器3.装置柜图3-4 装置柜俯视剖面图3.2.2.1.2粉轮的设计送粉器根据机械力学原理和气动力学原理工作的，图3-9所示的是其原理示意图,它依靠气体协助输送粉末。

激光熔覆中同轴送粉气体一粉末流数值模拟

究了雷诺数为２０００时，同轴送粉喷嘴内的气粉两相流动，计算和分析了粉末流浓度的分布］，杨洗陈等建立了同轴送粉喷嘴金属粉末流的浓度场理论模型，开发了一套数字粒子图像测速系统，检测粉末流浓度场］。本文采用离散相模型建立了激光熔覆过程中气体一粉末流的二维数值模型，研究分析粉末流发散角和聚焦特性的变
激光熔覆中同轴送粉气体一粉末流数值模拟
董敢，刘继常，李媛媛
（湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙４１００８２）
摘
要：应用ＦＬＵＥＮＴ软件的离散相模块建立了激光熔覆中气体一粉末流的二维模型，研究了保护气和
化规律，并且进行了试验验证。
ｌ试验装置
激光熔覆试验装置由激光器、同轴送粉系统和检测系统构成，其中同轴送粉系统主要由送粉器、分粉器和喷嘴组成。气粉混合流由送粉器送出，经过分粉器均匀地分为４路，同速同量地进入喷嘴，然后粉末均匀分散成环形，再汇聚后与激光束同轴输出。在既定的工艺参数下，在相同位置粉末流的浓度分布、聚焦特性和发散角都是稳定不变的，所以采用快门速度可达０．２５ｍｓ、有效像素达１２３０万的尼康Ｄ５０００单反相机拍摄喷嘴下方的粉末流分布，得到的图片可以

基于edem的激光熔覆粉末利用率仿真分析

第１７卷第６期２０１９年１２月福建工程学院学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｕｊｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ.１７Ｎｏ.６Ｄｅｃ.２０１９ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７２－４３４８.２０１９.０６.０１１基于ＥＤＥＭ的激光熔覆粉末利用率仿真分析李春雨(福建工程学院机械与汽车工程学院ꎬ福建福州３５０１１８)摘要:针对现有同轴载气激光熔覆粉末利用率低的不足ꎬ设计环式同轴载气激光熔覆头ꎬ利用离散单元法对熔覆粉末在粉流道内的运动进行仿真分析ꎬ研究熔覆头喷嘴结构参数对粉末汇聚和利用率的影响规律ꎮ结果发现ꎬ粉流道夹角对粉焦距和汇聚性能影响较大ꎬ当夹角为３６ʎ时ꎬ粉末颗粒分布较为集中ꎬ熔覆头的粉末利用率达到最高４８.５％ꎮ研究成果可为熔覆头结构设计提供理论依据ꎮ关键词:激光熔覆ꎻ离散单元法ꎻ熔覆头设计ꎻ粉末利用率ꎻＥＤＥＭ中图分类号:ＴＮ２４９ꎻＴＦ１２４文献标志码:Ａ㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:１６７２－４３４８(２０１９)０６－０５６９－０６ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｎｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｉｏｏｆｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇｐｏｗｄｅｒｂａｓｅｄｏｎＥＤＥＭＬＩＣｈｕｎｙｕ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＦｕｊｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＦｕｚｈｏｕ３５０１１８ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｌｏｗｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｉｏｏｆｃｌａｄｄｉｎｇｐｏｗｄｅｒｏｆｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｃｏａｘｉａｌｇａｓ￣ｃａｒｒｙｉｎｇｌａｓｅｒｃｌａｄ￣ｄｉｎｇꎬａｒｉｎｇ￣ｔｙｐｅｃｏａｘｉａｌｃａｒｒｉｅｒｇａｓｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇｈｅａｄｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄꎬａｎｄｔｈｅｄｉｓｃｒｅｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅａｎｄａｎａｌｙｚｅｔｈｅｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｃｌａｄｄｉｎｇｐｏｗｄｅｒｉｎｔｈｅｐｏｗｄｅｒｆｌｏｗｃｈａｎｎｅｌ.Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｃｌａｄｄｉｎｇｈｅａｄｓｎｏｚｚｌｅｏｎｐｏｗｄｅｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｉｏｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ.Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎａｎｇｌｅｏｆｔｈｅｐｏｗｄｅｒｃｈａｎｎｅｌｈａｓｇｒｅａｔｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈａｎｄｔｈｅｃｏｎ￣ｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｏｗｄｅｒ.Ｗｈｅｎｔｈｅａｎｇｌｅｗａｓ３６ʎꎬｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｐｏｗｄｅｒｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄꎬａｎｄｔｈｅｐｏｗｄｅｒｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｔｈｅｃｌａｄｄｉｎｇｈｅａｄｒｅａｃｈｅｄａｍａｘｉｍｕｍｏｆ４８.５％.Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｉｄｅａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｃｌａｄｄｉｎｇｈｅａｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇꎻｄｉｓｃｒｅｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄꎻｃｌａｄｄｉｎｇｈｅａｄｄｅｓｉｇｎꎻｐｏｗｄｅｒｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｉｏꎻＥＤＥＭ引言激光熔覆是指在高能量密度激光束的辐照下熔覆粉体和基体表层迅速熔融ꎬ并形成稀释度低㊁与基体成冶金结合的表面涂层ꎬ是激光加工领域较为前沿的新兴技术ꎬ根据送粉工艺不同又细分为预置粉式和同轴送粉式激光熔覆[１]ꎮ通过选择不同熔覆材料可显著改善基体表层的耐磨㊁耐蚀㊁耐热㊁抗氧化及电特性等ꎬ从而达到表面改性或修复的目的ꎬ既满足了对材料表面特定性能的要求ꎬ又可节省大量的贵重元素[２－３]ꎮ送粉喷嘴是激光熔覆工艺装备关键部件之一ꎬ运用仿真技术研究不同喷嘴结构的粉末流场对于工艺现象理解ꎬ以及研究粉末利用率及熔覆效果具有关键作用[４]ꎮＨＰａｎ等[４]建立一种考虑颗粒形状效应的随机模型模拟整个熔覆过程ꎬ分析了激光熔覆头结构对粉末运动规律的影响ꎬ并通过实验验证了该随机型模型的有效性ꎮＹａｎ等[５]运用有限元建模分析方法研究适用于Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ粉末在建筑薄壁结构中的沉积特性ꎬ通过优化喷嘴形状ꎬ获取粉末的高利用率和激光能量需求的最小化之间的平衡ꎮＴａｋｅｍｕｒａ等[６]则收稿日期:２０１９－０８－１９基金项目:福建省教育厅项目(ＪＡ１４２０８ꎬＪＡ１４２１６)ꎮ作者简介:李春雨(１９８１－)ꎬ女ꎬ黑龙江齐齐哈尔人ꎬ工程师ꎬ硕士ꎬ研究方向:检测与测量ꎬ增材制造ꎮ福建工程学院学报第１７卷利用ＣＦＤ多相流仿真分析研究了粉末的利用率问题ꎬ仿真结果发现粉焦距短于激光束焦距㊁降低气体流速可以改善粉末汇聚ꎬ提高粉末利用率ꎮ申卫国和王宁等[７－８]分别运用仿真手段研究了同轴送粉时粉末流的汇聚特性与喷嘴的结构参数的关联性ꎮ以上研究多是基于宏观尺度的有限元或多相流场的建模分析ꎬ而本文则是希望通过将宏观连续的粉末流离散为一系列颗粒ꎬ从粉末颗粒尺度出发研究粉流在喷嘴内部的流动特性ꎮ离散单元法以其考虑材料微结构及处理碰撞方面的独特优势ꎬ在工程领域得到广泛的应用[９－１２]ꎮ本文采用颗粒离散元法对环式同轴式熔覆头喷嘴进行ＥＤＥＭ建模分析ꎬ研究结构参数㊁粉焦距㊁载气速度对于涂层粉末汇聚性能(粉斑直径㊁粉末速度)的影响规律ꎮ１㊀颗粒离散单元法建模离散单元法是将颗粒离散体看作有限离散元的组合ꎬ通过建模与仿真分析颗粒运动以及颗粒与颗粒之间应力的交互作用[９]ꎮ结合熔覆粉体特征ꎬ采用硬球模型的离散单元法ꎬ力学模型为Ｈｅｒｔｚ￣ＭＤ无滑移接触模型ꎬ忽略颗粒表面粘连ꎬ颗粒接触如图１所示ꎬ其法向力计算一般会采用半径分别为Ｒ１和Ｒ２的两球形颗粒发生了弹性接触ꎬ法向重叠量δｎ为:δｎ＝Ｒ１＋Ｒ２－ｒ１－ｒ２>０(１)式中Ｒ１和Ｒ２表示颗粒１和颗粒２的半径ꎻｒ１和ｒ２是两颗粒的球心位置矢量ꎮ图１㊀Ｈｅｒｔｚ理论中两球形颗粒弹性接触变形Ｆｉｇ.１㊀ＥｌａｓｔｉｃｃｏｎｔａｃｔｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｗｏｓｐｈｅｒｉｃａｌｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎＨｅｒｔｚｔｈｅｏｒｙ由于产生弹性变形ꎬ两颗粒接触面为圆形ꎬ定义接接触面的半径ｒ∗ꎬ则ｒ∗可用式(２)进行计算:ｒ∗＝㊀δｎＲ∗(２)颗粒间法向力Ｆｎ可由式(３)求出[１０]:Ｆｎ＝４３Ｅ∗Ｒ(∗)１２δ３２(３)式(２)和式(３)中ꎬＲ∗和Ｅ∗分别为有效颗粒半径和有效弹性模量ꎮ１Ｒ∗＝１Ｒ１＋１Ｒ２ꎬ１Ｅ∗＝１－ｖ２１Ｅ１＋１－ｖ２２Ｅ２(４)式中ꎬＥｉ㊁ｖｉ分别为颗粒１和颗粒２的弹性模量和泊松比ꎮ设两颗粒间发生碰撞前的速度分别为Ｖ１㊁Ｖ２ꎬ发生碰撞时的法向单位矢量为ｎꎬ则相对速度的法向分量Ｖｒｅｌｎ可由式(５)求出:Ｖｒｅｌｎ＝(Ｖ１－Ｖ２) ｎ(５)则颗粒间的法向阻尼力Ｆｄｎ为[１３]Ｆｄｎ＝－２５６βＳｎｍ∗Ｖｒｅｌｎ(６)式中ｍ∗㊁β和Ｓｎ分别为等效颗粒质量㊁模型系数和法向刚度ꎬ可分别由下式计算[１３]:ｍ∗＝ｍ１ｍ２ｍ１＋ｍ２ꎬβ＝ｌｎｅ㊀ｌｎ２ｅ＋π２ꎬＳｎ＝２Ｅ∗Ｒ∗δｎ(７)式中ｅ为恢复系数ꎮ颗粒间的切向力Ｆｔ可由式(８)求出:Ｆｔ＝－Ｓｔδｔ(８)式中δｔ为切向重叠量ꎻＳｔ为切向刚度ꎬ可由式(９)求出[１４]:Ｓｔ＝８Ｇ∗Ｒ∗δｎ(９)式中Ｇ∗为等效剪切模量ꎬ可由式(１０)求出[１０]:Ｇ∗＝２－ｖ２１Ｇ１＋２－ｖ２２Ｇ２(１０)式中Ｇ１ꎬＧ２为颗粒的剪切模量ꎬ可由材料的弹性模量和泊松比运算而得:Ｇ１＝Ｅ１２１＋ｖ１()ꎬＧ２＝Ｅ２２１＋ｖ２()(１１)颗粒间的切向阻尼力Ｆｄｔ可由下式求出[１４]:Ｆｄｔ＝－２５６βＳｔｍ∗ｖｒｅｌｔ(１２)式中ｖｒｅｌｔ是切向相对速度ꎮ以上力学建模为后续仿真分析基础ꎬ模型建立后ꎬ只需在ＥＤＥＭ软件中设置相应参数即可获取颗粒的运动特性ꎮ０７５第６期李春雨:基于ＥＤＥＭ的激光熔覆粉末利用率仿真分析２㊀ＥＤＥＭ仿真环境设置ＥＤＥＭ是进行颗料力学建模与仿真的软件平台ꎬ主要由Ｃｒｅａｔｏｒ㊁Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ和Ａｎａｌｙｓｔ三部份构成ꎮＣｒｅａｔｏｒ是前处理工具ꎬ完成几何结构导入和颗粒模型建立等ꎮ如图２所示ꎬ将熔覆头三维模型导入ＥＤＥＭ中ꎬ设置中心位置ꎬ在熔覆头下端建立基体板料ꎬ设置为直线运动ꎮ同时ꎬ生成３个虚拟平面ꎬ用以生成颗粒ꎮ在仿真开始前ꎬ先要对环式载气同轴送粉喷嘴进行结构设计与分析ꎮ图２㊀熔覆头三维建模㊀Ｆｉｇ.２㊀３－Ｄｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｌａｄｄｉｎｇｈｅａｄ２.１㊀同轴送粉喷嘴结构环式载气同轴送粉喷嘴的工作原理如图３所示ꎬ其内部通道有冷却水通道㊁环形粉末通道㊁保护气体通道与激光光束通道ꎬ下部喷嘴具有冷却和送粉功能ꎻ喷嘴芯内孔的锥形孔为激光束通道ꎬ切向设计３个入粉口ꎬ粉末在载气作用下在环形送粉通道内充分分散ꎮ激光束的大部份能量汇聚于基体熔池区域ꎬ除用于热熔融ꎬ仍有部份以热辐射形式对外扩散ꎬ对喷嘴头的热作用很强烈ꎮ因此ꎬ粉末聚焦点和出粉口之间距离不宜过短ꎬ且喷嘴头应具有优良粉末汇聚性能ꎮ喷嘴头圆锥面与工件表面的距离为粉焦距为λꎻ喷嘴头圆锥面处孔径为φ＝４.７ｍｍꎬ孔中心线与喷嘴轴心线夹角为ａꎻ通过光斑直径与激光镜片焦距ꎬ算得激光束夹角ꎻ当粉末聚焦点和光束焦点在熔池处重合ꎬ误差控制在１ｍｍ的范围内ꎮ２.２㊀ＥＤＥＭ仿真参数选取颗粒和流道内壁之间的接触力采用式(６)－式(１２)建立的Ｈｅｒｔｚ－ＭＤ理论计算颗粒－颗粒间图３㊀载气同轴送粉喷嘴工作原理Ｆｉｇ.３㊀Ｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｃｏａｘｉａｌｇａｓ￣ｃａｒｒｙｉｎｇｐｏｗｄｅｒｆｅｅｄｉｎｇｎｏｚｚｌｅ的作用力ꎬ并假定壁面不会因为颗粒和壁面相互碰撞而移动ꎮ通过实验观察ꎬ熔覆粉末基本呈现规则球形[２]ꎬ假设接触力为理论状态ꎬ颗粒的属性可以直接计算获得ꎮ颗粒接触方法为网格法ꎬ计算得时间步长设置为５％~４０％ꎮ设置仿真时间步长为２０％ꎬ仿真时间为２ｓꎮ仿真环境材料属性与边界接触参数选取见表１和表２ꎮ表１㊀材料属性Ｔａｂ.１㊀Ｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ材料泊松比剪切模量/Ｐａ密度/(ｋｇｍ－３)静电力Ｎｉ０.３１０７.９０Ｅ＋１０８５０００青铜０.３２０８.２０Ｅ＋１０９６２００Ｑ２３５Ａ０.２８８２.１０Ｅ＋１１７８６００表２㊀材料接触属性Ｔａｂ.２㊀Ｍａｔｅｒｉａｌｃｏｎｔａｃｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ相互关系恢复系数静摩擦系数动摩擦系数镍粉－镍粉０.４２０.３５０.２３镍粉－青铜０.５３０.６２０.４８镍粉－钢０.２１０.６３０.５３３㊀仿真结果与分析本文主要探究喷嘴结构参数对粉末汇聚性能的影响ꎬ因此ꎬ不考虑激光热能对颗料运动的影响ꎬ仿真时只需将喷嘴进行建模处理即可ꎮ同时ꎬ１７５福建工程学院学报第１７卷忽略粉末颗粒从送粉器被输送至熔覆头过程中的能量损失ꎮ３.１㊀颗粒速度仿真与分析由多次实验得知在激光行走速度为４ｍｍ/ｓꎬ激光功率为１８００Ｗꎬ送粉速率为３０ｇ/ｍｉｎ时ꎬ激光熔覆层品质较好[２]ꎮ设定重力加速度为９.８１ｍ/ｓ２ꎬ大气压为标准大气压ꎮ图４为３.５ｍ/ｓ的载气初速度下ꎬ颗粒的速度变化趋势曲线ꎮ图４㊀颗粒速度图Ｆｉｇ.４㊀Ｐａｒｔｉｃｌｅｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉａｇｒａｍ由图４可知ꎬ颗粒在载气和重力的复合效应下ꎬ以一定加速度驱动速度提升ꎬ当颗粒第１次撞击到入粉孔内壁时ꎬ产生能量损失ꎬ当损失量大于颗粒受重力场施加的机械能时ꎬ颗粒做减速运动ꎬ这是颗粒的第１次减速ꎬ如图４所示ꎻ同时ꎬ后面加速运动的颗粒和之前减速的颗粒发生碰撞ꎬ由动量守恒定理知减速的颗粒将被加速ꎬ加速的颗粒被减速ꎮ由于颗粒碰撞是瞬态过程ꎬ在重力场的作用下ꎬ颗粒群仍会呈现加速运动趋势ꎬ即:颗粒从０.０３ｓ到１.４０ｓ左右发生持续加速状态ꎬ但后期出现速度不规则变化ꎮ当速度达到最大值２５.３ｍ/ｓ时ꎬ颗粒接触到基体表面并出现大幅度下降ꎬ到１.６０ｓ时ꎬ粒子停止运动ꎬ速度仿真结果分析与实验现象相符ꎮ图５为喷嘴行走速度为ｖ１＝４ｍ/ｓꎬ时间为ｔ＝２ｓ的颗粒堆积形态ꎬ粉末生成速率为ｖ２＝３０ｇ/ｍｉｎꎬ镍粉的密度为ｅ＝８５００ｋｇ/ｍ３ꎬ颗粒的半径设置为ｒ１＝０.０１ｍｍꎬ则粉末利用率ε可由下式进行计算[１５]:ε＝ｅˑｎˑｒ１３/(ｖ１ｔ)(１３)图５㊀颗粒堆积形态Ｆｉｇ.５㊀Ｐａｒｔｉｃｌｅｐａｃｋｉｎｇｓｔａｔｕｓ式中ｎ表示颗粒堆积数目ꎮ结合仿真统计结果可算得粉焦距为６ｍｍ时的粉末利用率为３３.９％ꎬ粉末在基体表面的堆积形态符合实际熔覆层的分布状态ꎬ如图５所示ꎮ但在实际工艺实施中ꎬ熔覆颗粒在高能束下会产生热粘结现象ꎬ即当颗粒从出粉孔飞散出去后ꎬ受到激光的影响ꎬ颗粒之间发生粘结ꎬ造成颗粒与基体表面的撞击能量损失增大ꎬ缓解了颗粒飞散ꎬ更多的颗粒将粘结成熔覆层ꎬ致使粉末利用率将提高１０％~１３％左右[１５]ꎮ因此ꎬ仿真结果与文献[４ꎬ１６]载气式同轴送粉喷嘴的粉末利用率可达４０％的结论一致ꎮ３.２㊀夹角ａ对粉末汇聚性能的影响分析如图３所示ꎬ送粉通道夹角ａ直接决定粉焦距ꎬ又同时影响粉斑大小ꎬａ取值不同粉焦距不同ꎬ实验时应适配不同激光焦距ꎮ因此ꎬ本文仅针对喷嘴夹角ａ进行仿真优化ꎮａ不应太小ꎬ影响到喷嘴芯的整体结构性ꎻａ太大ꎬ则使入粉环式通道过小ꎮ通过查阅文献与初步计算ａ取值范围在３０ʎ－３８ʎ较为合理[１５]ꎮ设置角度间隔为２ʎꎬ并分析不同粉焦距时粉末汇聚特性ꎬ仿真环境为:载气速度为１５ｍ/ｓꎬ离焦量为６ｍｍꎬ送粉速率为３０ｇ/ｍｉｎꎬ熔覆头行走速度为４ｍｍ/ｓꎮ粉斑大小的确定是利用比例法ꎬ观察仿真边界切面上粉斑所占切面面积的比例可计算出粉斑直径和气流汇聚焦距[１６]ꎮ图６为不同参数下喷嘴果颗粒的运动轨迹ꎬ由图６知ａ＝３６ʎ时ꎬ轨迹相对集中ꎮ根据仿真颗粒统计ꎬ可计算获得不同夹角ａ下的粉斑和粉焦距ꎬ见表３ꎮ仿真结果均与设计目标有所偏差ꎬ为了定量评价仿真结果ꎬ此处采用数值加权法分析夹角对汇聚性能的影响ꎮ２７５第６期李春雨:基于ＥＤＥＭ的激光熔覆粉末利用率仿真分析图６㊀不同夹角ａ时喷嘴颗粒的运动轨迹Ｆｉｇ.６㊀Ｍｏｖｅｍｅｎｔｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｏｆｎｏｚｚｌｅｐａｒｔｉｃｌｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎａｎｇｌｅｓａ表３㊀不同夹角ａ时熔覆头仿真获得的汇聚焦距和粉斑数值Ｔａｂ.３㊀Ｐｏｗｄｅｒｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈａｎｄｐｏｗｄｅｒｓｐｏｔｖａｌｕｅｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎａｎｇｌｅｓａ夹角ａ/(ʎ)气流汇聚焦距ｆ/ｍｍ粉斑ｄ/ｍｍ３０７.３３.９３２７.２３.５３４６.３３.４３６５.９３.１３８５.７３.３由于设计依据激光光源的光斑直径为３.２ｍｍꎬ光斑直径应大于粉末汇聚的粉斑直径是熔覆头设计的原则之一ꎬ以粉斑直径和光斑直径的外径差绝对值为指标ꎬ以Δｄ表示ꎮ设计的离焦量为６ｍｍꎬ在激光熔覆加工时ꎬ为让激光光斑与粉斑重合ꎬ分析以气流汇聚焦距和离焦量６ｍｍ的距离差绝对值为指标ꎬ用Δｆ表示ꎬ如表４所示ꎮ由于环式结构头的环形通道ꎬ激光加工时不会出现粉末提前熔化堵塞出粉口的现象ꎮ因此ꎬ粉末汇聚焦距指标是影响不大的试验指标ꎬ在综合评分时ꎬ设该权值为０.３ꎮ本次分析的重点是研究粉斑直径ꎬ因此设定该权值为０.７[１６]ꎮ综合评分越低ꎬ则说明熔覆头的汇聚性能越好ꎮ由表４的综合评分结果可知当ａ＝３６ʎ分值最小ꎬ为０.１ꎮ表４㊀仿真结果加权评分表Ｔａｂ.４㊀Ｗｅｉｇｈｔｅｄｓｃｏｒｅｓｆｏｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ试验号夹角ａ/(ʎ)仿真结果分析粉斑直径ｄ/ｍｍ气流汇聚焦距ｆ/ｍｍ试验指标粉斑直径Δｄ/３.２ｍｍ气流汇聚焦距Δｆ/６ｍｍ综合评分Δｄ∗０.７＋Δｆ∗０.３１３０３.９６.９０.７０.９０.７６２３２３.５６.５０.３０.５０.３６３３４３.４６.３０.２０.３０.２３４３６３.１５.９０.１０.１０.１０５３８３.３５.７０.１０.３０.１６３.３㊀粉焦距对粉末利用率的影响分析粉末利用率是评价熔覆头性能优良的关键参数之一ꎮ依据表３仿真结果知:在给定的粉流道夹角范围内ꎬ粉焦距在５~８ｍｍ范围内变化ꎮ为了扩大分析范围ꎬ粉焦距选取３~９ｍｍꎬ仿真环境与表３相同ꎬ可结合式(１３)粉末利用率的变化曲线ꎬ如图７所示ꎬ可以得到:在离焦量为６ｍｍ时ꎬ熔覆头粉末利用率较高ꎬ达到４８.５％ꎬ当送粉孔离工件高度为３ｍｍ和９ｍｍ时ꎬ粉末利用率较低ꎮ３７５福建工程学院学报第１７卷图７㊀粉末利用率图Ｆｉｇ.７㊀Ｐｏｗｄｅｒｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｉｏ４㊀总结本文以某型号激光光源为依据ꎬ设计了一种环式载气同轴送粉喷嘴ꎬ研究在不同夹角下送粉孔的对粉末汇聚特性及粉末利用率的影响ꎬ通过离散元力学建模与ＥＤＥＭ仿真分析获得的主要结果为:１)粉流道夹角越大ꎬ粉焦距越小ꎬ当夹角ａ＝３６ʎ时ꎬ此时喷嘴的粉焦距和粉斑大小与设计目标较为接近ꎬ汇聚性能最好ꎻ２)粉焦距与粉末利率呈现非线性关系ꎬ当粉焦距为６ｍ时ꎬ粉末利率最高ꎮ参考文献:[１]李方义ꎬ李振ꎬ王黎明ꎬ等.内燃机增材再制造修复技术综述[Ｊ].中国机械工程ꎬ２０１９ꎬ３０(９):１１１９－１１２７ꎬ１１３３. 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同轴送粉激光熔覆技术

同轴送粉激光熔覆技术
《神奇的同轴送粉激光熔覆技术》
嘿，你们知道吗？有个超厉害的技术叫同轴送粉激光熔覆技术，这可真是个神奇的玩意儿！
我记得有一次去参观一个工厂，那里面就有在运用这个技术呢。

当时我一走进那个车间，就被各种机器的轰鸣声包围了。

我好奇地四处张望，然后就看到了一台正在运作的设备，那就是同轴送粉激光熔覆设备啦。

只见一束亮亮的激光从那个设备里射出来，就像一道神奇的光剑一样。

旁边有个工作人员正小心翼翼地操作着，他手里拿着一个小罐子，里面装着细细的粉末。

那些粉末就顺着一个管子，源源不断地被送到激光那里。

然后呢，神奇的事情发生啦！在激光的照射下，那些粉末瞬间就熔化了，然后紧紧地附着在了一个工件上。

就好像变魔术一样，一下子就把那个工件给“改造”了。

我当时眼睛都看直了，哇塞，这也太酷了吧！我就在旁边一直盯着看，看着那工件一点点地被修复、被强化。

工作人员还跟我解释说，这个技术能让那些破旧的零件重新焕发生机，变得跟新的一样结实耐用。

我越看越觉得这个同轴送粉激光熔覆技术厉害得不行，它就像是一个小小的魔法，能让那些原本要被淘汰的东西又重新变得有价值。

从那次参观之后，我就对这个技术印象深刻极了。

真的，科技的力量就是这么强大，能创造出这么神奇的东西来。

哎呀呀，现在一想到那个场景，我还是会忍不住感叹，同轴送粉激光熔覆技术，真牛啊！
以上作文仅供参考，你可以根据实际情况进行调整和修改。

同轴送粉喷嘴粉末汇聚特性三维数值模拟

型模拟了工艺参数对粉末汇聚浓度分布的影响。结果表明：自由射流时，末汇聚浓度随着送粉量在粉的增加而增大．着载气速度的增大而明显降低．护气速度的增大对粉末汇聚浓度影响不明显。在随保受阻射流时．随着送粉量增加粉末汇聚浓度显著增大，粉末汇聚点位置相比自由射流时出现少量上且移，着载气速度增大熔覆点处的粉末浓度显著下降，护气速度的增加对熔覆点处粉末浓度影响较随保
中图分类号：Ｔ４ＴＨ１Ｎ２９；６文献标志码：Ａ文章编号：１０ — ２６２Ｕ）５０５ — ５０７２７（００ — ８９０
３ｎＤｕｍｅｉａｉｕａｉｎｏｏｘａｗｄｒｆｅｎｚｌｒｃｌｓｍｌｔｏｆｃａｉｌｐｏｅｅｄｉｇｎｏｚｅｐｗｄｒｃｎｅｇｎｅｃａａｔｒｓｉｓｏｅｏｖｒｅｃｈｒｃｅｉｔｃ
Ａｂｓｒｃ：Ｉｔｅａｅｍｅａｄｒｃｍａｕａｔｒｎｔａｔｎｈｌｓｒｔｌｉｅｔｎｆｃｕｉｇ，ｇｓ—ｏｉｔｏ — ｈｓｆｏａｓｌｄｗｐａｅｌｗｔｅｒｉｃｎｉｅｅｔｈｏｙｓｏｓｄｒｄｏ
第４０卷第５期
Ｖｏ．０１４ＮＯ．５
红外与激光工程
ＩｆａｅｎｓｒＥｇｎｅｉｇｎｒｒｄａｄＬａｅｎｉｅｒｎ

comsol软件文档资料集锦(八)

行算例分析,讨论空气波动效应及气囊隔振器相关参数对其机械阻抗特性的影
响,结果表明该分析方法合理可行。
7.大量程反射式气动传感器的研究.zip
综合查询文献资料,对反射式气动传感器已有的研究成果和存在的问题进行了深入研究,运用理论研究、建模仿真和实验研究的方法,开展反射式气动传感器的研究。基于有限元仿真的大量程反射式气动传感器的设计方法。基于流体力学理论,建立了大量程反射式气动传感器流场的有限元模型。利用有限元仿真软件COMSOL分析出气动参数和反射式气动传感器的结构参数对其灵敏度的影响。根据仿真结果,设计了一种大量程反射式气动传感器。通过改变该传感器的结构参数,进行了实验验证,结果显示,有限元软件COMSOL仿真设计方法 ,在大量程反射式气动传感器的设计中是有效的。根据仿真研究研制了一种反射式气动传感器,并对其进行了标定实验。
根据Navier-Stokes方程,采用COMSOL Multiphysics软件进行了载气式同轴送
粉系统的三维气流流场数值模拟。结果显示熔覆层的存在会使其上方气流流速减小、压强增大、相应的气流流量减小,并得到了气流汇聚点距喷嘴的距离。
3.内外电导传感器两相流含率测量研究.zip 电导法测量是基于电学特性的两相流测量方法的一种,国内外对电导法测量气
Kagome网架和四面体网架是由正四面体构成的两种不同三维点阵结构。基于这两种点阵结构,在结点处设置小球,构成研究对象:Kagome-小球点阵结构和四面体-小球点阵结构。利用COMSOL Multiphysics有限元软件对其中应力波的频散特性进行了讨论。
2.激光熔覆载气式同轴送粉三维气流流场的数值模拟
致伸缩致动器的磁滞特性和非线性进行深入研究和描述,并以此作为材料模型

三维激光同轴送粉系统及其工业应用

!引言近年来，随着快速原型技术的发展，以激光涂敷技术为核心，发展出激光直接制造技术。

它具有市场快速反应能力，适应多品种小批量的需求；而若干重大贵重设备的快速精密修复具有广阔的市场需求和经济效益，由此诞生了激光再制造技术。

三维激光同轴送粉系统采用2个自由度的同轴送粉技术，实现了三维空间涂敷。

成为用于激光直接制造和再制造的专用设备。

"系统组成系统以金属粉末为熔敷材料，在具有零件原型的3456347软件支持下，383控制激光头，送粉嘴和机床按指定空间轨迹运动，光束与粉末同步输送，形成一支金属笔，在修复部位逐层熔敷，最后生成与原型零件相近似或相同的完好零件。

同时利用9:比色测温传感器对加工过程进行监控，控制成型的精度。

其系统结构如图;所示。

系统主要由同轴送粉工作头、三维转动机构、专用送粉器（载气式或非载气式）和四路分粉器等部分组成。

三维同轴送粉工作头配合数控系统实现六轴运动，其中光头部分两个转动轴和一个平行于!轴的移动轴，如图<所示，光头部分通过旋转和上下平移运动可以实现空间曲面上任意方向和任意点的加工。

完全摆脱了以往只能用于一维、二维方向上加工所带来的缺陷。

三维激光同轴送粉系统及其工业应用!"#$%&’()*+,-.（天津工业大学激光技术研究所，天津，=>>;2>）摘要：系统地介绍了一种用于激光修复和快速成型的三维激光同轴送粉加工系统，分析了其结构及工作机理，检测了其性能指标，并阐明了其工业应用前景。

关键词：三维同轴；激光修复；单道熔敷#$%&&’()*&+,)-+./0-./.1),/.,&%2-3(&%4&&()+5,6,7&*.+()7,.22/)0.7)-+)+)+(8,7%6@A BC.，D48E F9G&,+-，?9H D%-GI%，J48E D%-G(,C-，?K9LMC-GN.（C(O"P".&+((M-Q 3O-’O"，RMC-SM-P./1’O&,-M&H-MTO"(M’1U RMC-SM-=>>;2>，3,M-C ）9:,7%.07：V1(’OWM&C//1M-’".X%&OX C ’,"OOGXMWO-(M.-C/&.C/CYM(Z.I$+"[++$M-Q (1(’+W [."/C(+""+[C\"M]C’M-Q C-$"CZM$Z".’.’1ZM-Q WC-%[C]’%"M-Q^4-C/1_+$’,+].-[MQ%"C’M.-C-$I."‘M-Q Z"M-&MZ/+.[M’^9-(Z+&’+$M’(Z+"[."aWC-&+&"M’+"M.-，C-$+YZC’MC’+$M’(CZZ/M&C’M.-[%’%"+M-M-$%(’"1^;&63-%(,：’,"++G$MW+-(M.-C/&.C/CYM(；/C(+""+[CN"M&C’M-Q ；(M-Q/+&/C$$M-Q图;三维激光同轴送粉系统工作示意图图<工作头的六轴运动示意图系统通过结合数控系统实现对零件不同损坏位置的精确修复，绿色环保，使用安全。

激光内送粉变姿态熔覆非水平熔池流场的数值模拟

表面技术第53卷第9期激光内送粉变姿态熔覆非水平熔池流场的数值模拟陈海俊a，朱刚贤a*，贺继宏a，王丽芳b（苏州大学 a.机电工程学院 b.工程训练中心，江苏苏州 215137）摘要：目的提高激光内送粉变姿态熔覆层成形质量，对变姿态熔覆时非水平熔池流场随基板倾斜角的演变规律进行研究。

方法首先，利用FLUENT软件中离散相模型对喷嘴流场进行模拟，获取粉末频次的分布规律。

其次，采用流体体积法耦合熔化/凝固模型对熔池流场进行计算。

通过施加质量源项引入同步送粉，施加能量源项模拟激光热输入，选取姿态角为30°、60°、90°进行计算，对熔池流场及熔覆层界面进行追踪分析。

最后，基于激光内送粉熔覆工艺进行实验测定。

结果粉斑内粉末量呈“中间均匀，两端密集”的分布规律。

熔池流动为“双环流”分布特征，但流动方向受重力影响，产生偏转。

取3种姿态角计算时间同为0.3 s时，熔池中心处流体的偏转角分别为2°、4°、6°，并且随着倾斜角的增大，熔覆层高度分别增加了0.28%、0.83%、1.45%，熔覆层宽度减小了1.19%、1.28%、1.73%，熔覆层顶点偏移量增大到48.08、86.54、105.76 μm。

最后结合实验测定，数值计算与实验结果一致。

结论Marangoni应力使得激光内送粉熔覆熔池流体产生由中心向边界流动的“双环流”分布特征，非水平熔池流动方向受重力影响产生偏转。

随着基板倾斜角增大，熔覆层截面高度增加、宽度降低、顶点偏移量增加。

为提高不便摆平非水平基面的激光内送粉变姿态熔覆再制造成形质量提供了指导。

关键词：激光熔覆；光内送粉；变姿态；熔池流场；数值模拟中图分类号：TN249；TG665 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)09-0190-10DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.09.018Numerical Simulation on Flow Field of Non-horizontalMolten Pool by Laser Cladding Based on Inside-beamPowder Feeding with Variable PostureCHEN Haijun a, ZHU Gangxian a*, HE Jihong a, WANG Lifang b(a. School of Mechanical and Electrical Engineering, b. Center of Engineering Training,Soochow University, Jiangsu Suzhou 215137, China)ABSTRACT: Laser cladding and laser remanufacturing technology is based on horizontal reference planes at present, however,收稿日期：2023-01-30；修订日期：2023-08-02Received：2023-01-30；Revised：2023-08-02基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目（202110285032）；江苏省大学生创新创业训练计划项目（202110285032Z）；苏州市科技计划项目（SYC2022143）；国家重点研发计划项目（2016YFB1100300）Fund：National College Student Innovation and Entrepreneurship Training Program Project (202110285032); Jiangsu Province College Student Innovation and Entrepreneurship Training Program Project (202110285032Z); The Sci-Tech Plan of Suzhou Municipal of China (SYC2022143); The National Key Research and Development Plan (2016YFB1100300)引文格式：陈海俊, 朱刚贤, 贺继宏, 等. 激光内送粉变姿态熔覆非水平熔池流场的数值模拟[J]. 表面技术, 2024, 53(9): 190-199.CHEN Haijun, ZHU Gangxian, HE Jihong, et al. Numerical Simulation on Flow Field of Non-horizontal Molten Pool by Laser Cladding Based on Inside-beam Powder Feeding with Variable Posture[J]. Surface Technology, 2024, 53(9): 190-199.*通信作者（Corresponding author）第53卷第9期陈海俊，等：激光内送粉变姿态熔覆非水平熔池流场的数值模拟·191·this way greatly limits its extensive application. The molten pool flow behavior of the laser cladding has a direct impact on the morphology and forming quality of the cladding layer. However, it is difficult to observe and study the flow behavior in the molten pool by experimental method due to the limitation of high temperature and instantaneous evolution of the molten pool.Consequently, the simulation analysis of the heat transfer, flow behavior and morphology evolution in the molten pool by numerical simulation technology is a research hotspot in laser cladding technology. In addition, the flow field distribution of the non-horizontal molten pool is still lack of systematic research with variable attitudes based on inside-beam powder feeding way by laser cladding. In order to improve the forming quality of cladding layers under variable attitudes based on inside-beam powder feeding, the flow field evolution rules of a non-horizontal molten pool with a substrate inclination angle were studied. In this paper, the discrete phase model based on FLUENT Software was adopted to compute the flow field of the nozzle and obtain the powder distribution rules. And then, the flow field of the molten pool was calculated based on the Volume of Fluid and Melting/Solidification Model. Attitude angles of 30°, 60° and 90° were chosen to compute the flow field of the non-horizontal molten pool, respectively. The flow field of the molten pool was tracked and the interfaces of the cladding layer were analyzed by applying the mass source item and the energy source item to simulate the process of synchronous powder feeding and laser thermal input. Finally, experimental measurements were carried out based on the inside-beam powder feeding cladding process.The results showed that the powder distribution in the powder spot was "even in the middle and dense at both ends". The flow field of the non-horizontal molten pool was characterized by "double annular flow" distribution, but the flow direction was deflected due to the influence of gravity. When the computation time of three attitude angles was 0.3 s, the deflection angles of the fluid at the center of the molten pool were 2°, 4°, and 6°, respectively. With the inclination angle increased, the height of the cladding layer increased by 0.28%, 0.83% and 1.45%, the width of the cladding layer decreased by 1.19%, 1.28% and 1.73%, and the vertex offsets of the cladding layer increased to 48.08 μm, 86.54 μm and 105.76 μm. Finally, the numerical calculations were consistent with the experimental results through the experimental determination. The Marangoni stress makes the fluid flow in the molten pool from the center to the boundary with a double-circle distribution characteristic. The flow direction of the non-horizontal molten pool is deflected by the influence of gravity. While the inclination angle increases, the height of the cladding layer increases, the width of the cladding layer decreases and the vertex offset of the cladding layer gradually increases.It provides guidance for improving the laser cladding and laser remanufacturing quality in the light of parts that are inconvenient to flatten the non-horizontal base surface by the inside-beam powder feeding way.KEY WORDS: laser cladding; inside-beam powder feeding; variable attitude; molten pool flow field; numerical simulation激光熔覆再制造是基于激光熔覆为主体手段的修复技术，它利用高能激光束将添覆材料与受损基体表面共同熔化/凝固，形成与基体呈冶金结合的表面涂层，以修复受损表面，可显著提升基体表面耐磨损、耐腐蚀、耐高温及抗氧化性能[1-3]，适用于高端装备关键易损件的严苛修复需求，能使之变废为宝，减少资源浪费。

同轴送粉原理 -回复

同轴送粉原理-回复同轴送粉是一种常见的物料输送方式，特别适用于需求量较大的行业，例如化工、粉末冶金、食品、制药等。

同轴送粉原理是通过一个同轴管道系统，将粉末从储粉设备输送到目的地。

本文将详细介绍同轴送粉的原理，并逐步解析该过程。

一、同轴送粉的基本构成同轴送粉系统通常由以下基本组件组成：1. 储粉设备：用于存储粉末，并通过输送装置将粉末供给给同轴管道系统。

2. 输送装置：通常是一个螺旋输送机，负责将粉末从储粉设备输送到同轴管道系统。

3. 同轴管道系统：由内外两根管道组成，形成一个同轴结构。

内管道称为粉末输送管，外管道称为气力输送管。

4. 气动输送系统：通常由风机、空气过滤器、控制阀等组成，产生气流并将粉末推送到目的地。

二、同轴送粉的工作原理同轴送粉的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 储粉设备中的粉末经过输送装置进入粉末输送管。

2. 风机通过气力输送管产生气流。

控制阀的作用是调节气流量，以满足粉末输送的要求。

3. 粉末在气流的推动下，经过粉末输送管被输送到目的地。

4. 在目的地附近，粉末和气流分离。

粉末被过滤器捕捉，而气流通过排气系统排出。

三、同轴送粉的优势和应用领域同轴送粉具有以下优势：1. 高效快捷：同轴送粉系统可以实现粉末的快速输送，提高生产效率。

2. 省时省力：相比手工搬运和输送，同轴送粉可以节省人力物力。

3. 无粉尘污染：通过气流输送粉末，可以避免粉尘污染，提高工作环境的安全性和舒适性。

4. 可靠稳定：同轴送粉系统采用先进的控制技术，可以确保稳定、连续的粉末输送。

同轴送粉主要应用于以下领域：1. 化工行业：用于输送化工原料和制成品，例如颜料、塑料颗粒等。

2. 粉末冶金行业：用于输送金属粉末和合金粉末，例如铁粉、铜粉等。

3. 食品行业：用于输送粉状食品原料和成品，例如面粉、糖粉等。

4. 制药行业：用于输送药品原料和制剂，例如药粉、胶囊等。

综上所述，同轴送粉是一种高效、可靠的粉末输送方式，通过内外双管道的结构和气流的推动，实现粉末从储粉设备到目的地的快速、稳定输送。

同轴转模拟信号原理

同轴转模拟信号原理
同轴转模拟信号是指将同轴电缆传输的数字信号转换为模拟信
号的过程。

同轴电缆是一种用于传输高频信号的电缆，通常用于电
视信号、有线电视和一些网络传输。

在某些情况下，我们可能需要
将同轴电缆传输的数字信号转换为模拟信号，例如在一些老式的电
视或音频设备上。

这个过程需要使用特殊的设备，通常是数字模拟
转换器（DAC）。

首先，数字信号是由离散的数字值组成的，而模拟信号是连续
变化的信号。

因此，同轴转模拟信号的过程涉及到将这些离散的数
字值转换为连续的模拟信号。

这个过程需要进行数字到模拟的转换，通常是通过DAC完成的。

DAC将数字信号转换为模拟信号的过程涉及到两个主要步骤，
采样和保持以及量化和编码。

在采样和保持阶段，输入的数字信号
被转换为对应的模拟信号的样本，并且这些样本被保持在一段时间
内以便进行后续处理。

在量化和编码阶段，采样的模拟信号被量化
为离散的数值，并且这些数值被编码成模拟信号的形式。

在同轴转模拟信号的过程中，还需要考虑信号的衰减和失真问
题。

由于同轴电缆的特性，信号在传输过程中会发生衰减和失真，因此在转换过程中需要考虑如何补偿这些问题以确保输出的模拟信号质量良好。

总的来说，同轴转模拟信号的原理涉及到数字到模拟的转换过程，需要通过DAC完成，并且需要考虑信号衰减和失真等问题。

这个过程在一些特定的应用场景中非常重要，例如在老式的电视或音频设备中使用数字信号时。

激光同轴送粉3D打印技术

激光增材制造技术作为一种全新的制造技术，仍存在一些问题，如何在保证质量的前提下，即可保证加工精度要求，又能提升加工效率，其中激光同轴送粉技术有望实现两者的双重保证。

工艺方法：在激光同轴送粉工艺（LDM）中，对设备进行了改造，使得新设备具备了进行精细化加工的能力。

通过改进送粉工艺，使得可以稳定的输送15-45μm的金属粉末，以此粉末作为原材料。

其次，采用环路送粉技术，使得粉末的会聚能力提升，获得较小的粉斑会聚，同时较小的粉斑会聚，使得可以使用小激光束斑直径的激光束作为热源，从而实现对加工制件的精度控制，并使得加工成形效率相比于SLM技术有了较大的提升。

研究成果：如图2所示采用SLM成型技术制造的薄壁夹层喷嘴，该零件具有双层结构，属于复杂薄壁零件。

虽然SLM 技术具有可成形复杂结构件的优势，但也存在成本高、成形尺寸受限、组织致密度较低等不足。

图4为电弧送丝WAAM工艺成形工件，可以明显看出工件表面较为粗糙，后期机加余量大，难以成形精细结构。

而针对类似如图3所示的涡轮叶片等简单薄壁结构件，采用精细化激光同轴送粉工艺，即可克服SLM工艺的不足，实现高效率、低成本、高质量的结构件的近净成型制造，又能保证一定的成形精度，同时结合多轴CNC 系统能够成形具有复杂几何特征的成型件。

图2 SLM工艺薄壁夹层喷嘴图3 LDM工艺涡轮叶片图4 WAAM工艺结构件在精细化打印成形测试中，对薄壁制件的精细化打印成形效果进行了测试，如图所示5所示，结果显示，成形制件的平均厚度在1.3mm，获得了较好的成形质量，体现了该设备对精细薄壁结构较高的成形能力。

图5 LDM工艺成形扭曲叶片测试应用领域：高精度的同轴送粉增材制造技术在零件修复中显示了越来越突出的优势，尤其在航空发动机叶片修复领域，发动机叶片成本较高，具有较高的修复价值，且而每个叶片破坏状态都是不一样的，使得修复具有个性化的变形量，这就给修复带来了一定的困难，由于对修复后的叶片尺寸、误差、精度、表面完整性等性能要求较高。