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第1章 激光焊接基础 1

1.1激光与材料的相互作用 1

1.1.1材料对激光的吸收与被加热 1

1.1.2激光热源模型及其固体材料中产生温度场 3

1.1.3激光作用材料的熔化 5

1.1.4激光作用下材料的气化 6

1.1.5激光诱导等离子体及其效应 7

1.2激光焊接的原理与特点 8

1.3激光焊接熔池行为研究 10

第2章 准稳态熔池动力学模型及数值仿真 13

2.1引言 13

2.2准稳态激光焊接基本模型 13

2.2.1描写流动与传热问题的控制方程 14

2.2.2移动热源作用下激光深熔焊的三维数学模型 15

2.2.3激光深熔焊过程的热源模型 17

2.3数值解法的实现过程 18

2.3.1迎风格式 18

2.3.2交错网格技术 20

2.3.3求解Navier-Stokers方程的压力修正方法 22

2.3.4 SIMPLE算法 23

2.3.5程序编制以及求解 24

2.4计算参数 25

2.5激光深熔焊焊接速度对小孔形态的影响 26

2.5.1钛合金激光深熔焊温度分布 26

2.5.2焊接速度对小孔尺寸的影响 28

2.5.3激光深熔焊焊接功率对小孔尺寸的影响 31

2.6激光深熔焊熔池几何形状模拟 33

2.6.1激光深熔焊熔池形状的数值模拟 33

2.6.2焊接速度及激光功率对熔池尺寸的影响 34

2.7激光深熔焊熔池流动速度场的数值模拟 36

2.7.1激光深熔焊熔池流动的特点 36

2.7.2激光深熔焊熔池速度的分布规律 39

2.7.3试验验证 40

2.8小结 42

第3章 小孔熔池耦合模型及数值计算方法 43

3.1引言 43

3.2耦合模型控制方程 43

3.2.1传热与流动方程 43

3.2.2热源模型 44

3.3自由界面追踪方法 46

3.3.1 Level set方法 46

3.3.2 VOF方法 47

3.4耦合模型边界条件 48

3.4.1基本约定 48

3.4.2气液两相流中界面张力间断 49

3.4.3表面张力、热毛细力、反冲压力的间断捕捉边界条件 50

3.5数值求解计算方法 54

3.5.1小孔壁面能量密度快速求解方法 54

3.5.2小孔运动界面追踪方法 58

3.5.3自由界面流动、传热耦合求解方法 64

3.5.4数值求解程序的计算流程 67

3.6小结 68

第4章 瞬态小孔与运动熔池动力学可视化仿真 69

4.1引言 69

4.2小孔与熔池瞬态耦合动力学行为 69

4.2.1小孔的动力学演化过程及特征 69

4.2.2稳定小孔时熔池的流动特征 71

4.2.3非稳定小孔时熔池的流动特征 73

4.3物理因素对耦合行为的影响 78

4.3.1自由界面力和多重反射吸收 78

4.3.2热物性参数 85

4.3.3焊接工艺参数 88

4.4小结 92

第5章 小孔内金属蒸气/等离子体动力学行为 94

5.1引言 94

5.2瞬态小孔内金属蒸气/等离子体动力学模型 94

5.2.1动力学模型控制方程 94

5.2.2动力学模型控制边界条件 96

5.3瞬态小孔内金属蒸气/等离子体动力学 99

5.3.1不均匀分布和高瞬态性 99

5.3.2孔内多方向流动行为 106

5.3.3剧烈振荡和摆动行为 107

5.3.4局部蒸发处可压缩特性 108

5.4小结 110

第6章 侧吹气流对小孔熔池动态行为的影响 112

6.1引言 112

6.2侧吹气体保护气流流场（钛合金） 113

6.3侧吹气流对小孔与熔池行为的影响 116

6.3.1侧吹气流对熔池表面变形的影响 116

6.3.2存在金属蒸气时侧吹气流对小孔和熔池动态行为的影响 119

6.4侧吹气流影响小孔与熔池稳定性的机制 122

6.5小结 124

第7章 双光束激光焊小孔与熔池动力学行为 126

7.1引言 126

7.2双光束焊接小孔与熔池瞬态耦合模型 126

7.2.1瞬态耦合模型的控制方程 126

7.2.2瞬态耦合模型的边界条件 129

7.3双光束焊接小孔与熔池的耦合行为 130

7.3.1焊接过程中动态小孔演化行为 130

7.3.2焊接过程中运动熔池流动行为 133

7.4双光束焊接过程稳定性的机理及影响因素 134

7.4.1双光束焊接过程稳定性机理 134

7.4.2工艺参数对双光束焊接稳定性的影响规律 135

7.5小结 139

第8章 激光填丝焊小孔与熔池动力学行为 141

8.1引言 141

8.2激光填丝焊接多相瞬态耦合模型 141

8.2.1焊丝熔化数学模型 141

8.2.2小孔与熔池瞬态耦合模型 142

8.2.3主要边界条件 143

8.3填丝焊过程中小孔与熔池的动力学行为 144

8.3.1自由过渡条件下瞬态小孔和运动熔池行为 144

8.3.2送丝速度对自由过渡中的瞬态小孔和运动熔池行为的影响 146

8.3.3焊丝直径对自由过渡中的瞬态小孔和运动熔池行为的影响 148

8.3.4接触过渡条件下瞬态小孔和运动熔池行为 149

8.3.5送丝速度对接触过渡中的瞬态小孔和运动熔池行为的影响 151

8.3.6焊丝直径对接触过渡中的瞬态小孔和运动熔池行为的影响 152

8.3.7无熔滴过渡和熔滴过渡中瞬态小孔和运动熔池行为的比较 154

8.4填丝焊过程中小孔与熔池的不稳定性机理 155

8.4.1单激光焊和激光填丝焊过程的熔池动力学 155

8.4.2不同送丝速度下填丝焊过程的熔池动力学 157

8.4.3填丝焊过程中小孔的不稳定性机理 157

8.5填丝焊过程中运动熔池动态稀释行为 159

8.5.1运动熔池稀释行为模型 159

8.5.2准稳态运动熔池内的动态稀释行为特征 160

8.5.3瞬态运动熔池内的动态稀释行为特征 170

8.6小结 175

第9章 真空激光焊小孔与熔池动力学行为 176

9.1引言 176

9.2真空激光焊接小孔与熔池瞬态耦合模型 176

9.2.1瞬态耦合模型的控制方程 176

9.2.2瞬态耦合模型的边界条件 178

9.3真空激光焊接小孔与熔池耦合行为特征 179

9.3.1焊接过程中动态小孔的演化特征 179

9.3.2焊接过程中运动熔池的流动特征 182

9.4真空和低真空激光焊接熔深增加行为 184

9.4.1熔深随环境压力减小而增加的物理机制 184

9.4.2熔深有限增加理论 187

9.5小结 189

参考文献 191