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电磁搅拌对丝材激光焊接中传输现象影响的理论研究
摘要： 激光束焊接中填充焊丝带来的额外元素通常因熔池的高凝固速率而在最终焊缝中分布不均匀。研究发现，外部振荡磁场产生的电磁搅拌能增强熔池内材料混合，实现更均匀的元素分布。然而磁场与熔池行为存在高度非线性和多场耦合效应，使得物理机制的定量解释较为困难。本研究通过数值建模探究了电磁搅拌对送丝激光焊接中传输现象的影响，建立了考虑磁流体动力学、传热、流体流动、小孔动力学及元素传输的三维瞬态多物理场模型。采用光线追踪法计算激光在小孔壁面的多次反射和菲涅尔吸收。数值结果表明：振荡磁场及其感应涡流产生的洛伦兹力对熔池传输现象具有显著影响。电磁搅拌增强了前向和向下的流动，使镍基填充焊丝在钢熔池中的额外元素分布趋于均匀。数值结果与熔池高速图像、金相照片中的熔合线以及能谱仪测得的元素分布均具有良好吻合度。该研究为电磁控制激光焊接提供了物理基础，并为电磁参数选择提供了指导依据。
关键词： 磁流体力学、熔池动力学、激光束焊接、元素传输
更新于2025-09-23 15:21:01
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[美国激光学会ICALEO? 2016：第35届激光与电光应用国际会议 - 美国加利福尼亚州圣地亚哥（2016年10月16-20日）] 激光与电光应用国际会议 - 采用X射线相位对比法观测铝合金激光焊接中匙孔与熔池动力学
摘要： 铝合金是一种轻质材料，常用于汽车零部件、电池、飞机等以减少温室气体排放。由于铝合金具有高导热性和对1微米波长激光的高反射率，导致其焊接性较差，长期以来人们一直在寻求高效稳定的铝合金激光焊接方法。由于焊接现象和缺陷形成机制复杂且尚未被充分理解，本研究旨在探究铝合金的激光焊接现象。为了解焊接过程中的熔池和匙孔动态，采用高速摄像机和X射线相位对比法对熔池进行了观察。与X射线吸收对比法相比，该方法能更清晰地观察到A1050铝合金激光焊接时的匙孔行为和固液界面。在较低焊接速度（0.5米/分钟）下，可观察到频繁剧烈的匙孔扩张和高气孔率；而在较高焊接速度（1米/分钟）下虽也存在高气孔率，但匙孔扩张现象几乎不可见。研究认为低速焊接时，匙孔底部的剧烈蒸发因高热输入导致匙孔行为不稳定，进而因空气吸入匙孔而形成高气孔率。评估了使用风扇的效果：无风扇时频繁出现剧烈匙孔扩张，推测是激光部分与羽流相互作用导致激光散射引发突然蒸发。观察到匙孔底部的气泡高速移动并被困在固液界面，随后通过吸收熔池中的小气泡而膨胀。所有焊接条件下均观察到匙孔底部频繁的小幅扩张，因此推测气孔形成机制与匙孔底部扩张密切相关——主要气孔在此处形成。
关键词： X射线相位对比法、孔隙形成、铝合金、激光焊接、熔池动力学、小孔动力学
更新于2025-09-19 17:13:59
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采用自适应热源模型对脉冲激光焊接过程中熔池动态的数值模拟
摘要： 为观察AISI 304钢脉冲激光焊接过程中蒸汽毛细管演变及熔池凝固行为，开展了包含激光能量影响、金属熔化及熔池发展的瞬态模拟。采用相场法研究焊接过程中液-气界面的演变行为并描述凝聚相与气相状态，综合考虑了相变、反冲压力、热毛细作用与自然对流、汽化效应及材料性能的温度依赖性等因素?；诜颇漳Ｐ徒⒏咚剐腿仍茨Ｐ鸵阅Ｄ饧す馐芰渴淙?，并通过新开发的钥匙孔内多光束反射经验方法扩展该热源模型。为验证新模型，将数值计算结果与实验数据进行对比，发现两者在熔池尺寸与形貌方面具有良好的一致性。
关键词： 熔池动力学、多次反射、脉冲激光束焊接、汽化
更新于2025-09-12 10:27:22
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激光焊接不锈钢过程中的传输现象与小孔演化过程
摘要： 掌握传输现象与小孔演化规律对控制激光焊接过程至关重要。然而由于宽温域内发生的复杂现象，目前学界对此仍缺乏深入理解。本研究建立了包含传热、流体流动及自由表面追踪的瞬态三维模型，通过计算温度场与速度场探究传输现象，并采用流体体积法追踪自由表面揭示三维动态小孔演化过程。结果表明：在达到准稳态前，小孔加深速度随激光焊接进程逐渐降低；等离子体通过吸收大量激光能量降低反冲压力，从而显著影响小孔深度。此外，本文还探讨了小孔深度与焊缝熔深的关系。该研究有助于深入理解熔池动力学特性，进而优化激光焊接工艺。
关键词： 焊缝熔深、小孔演化、激光焊接、熔池动力学、自由表面追踪
更新于2025-09-12 10:27:22