Hàn laser, nung chảy laser chọn lọc và lắng đọng kim loại laser dựa trên dây là các công nghệ gia công hoặc sản xuất bồi đắp, trong đó kim loại được nung chảy bằng chùm tia laser. Các thông số quy trình không phù hợp có thể dẫn đến các khuyết tật như gù hoặc vón cục, làm giảm các đặc tính cơ học của mối hàn hoặc chi tiết được chế tạo. Trong nghiên cứu này, quá trình nung chảy titan bằng laser được nghiên cứu bằng mô phỏng số ba chiều sử dụng phương pháp Thủy động lực học hạt mịn. Sự hấp thụ ánh sáng laser của bề mặt vật liệu và hơi thoát ra được xác định bằng kỹ thuật dò tia. Các mô hình số và toán học được phát triển để dự đoán sức căng bề mặt và các đặc tính quang học của titan. Mô hình số được xác thực bằng lý thuyết và thực nghiệm. Trong số những nghiên cứu khác, các vệt laser đơn dòng trên titan đã được mô phỏng và so sánh với các thí nghiệm. Kết quả cho thấy các đặc tính quang học của titan được sử dụng trong các thí nghiệm khác biệt đáng kể so với titan nguyên tử sạch. Độ nhám bề mặt, quá trình oxy hóa hoặc tạp chất hóa học làm giảm độ phản xạ của bề mặt titan so với titan nguyên tử sạch. Bằng cách giả định một bề mặt già hóa, có thể đạt được sự thống nhất về mặt định lượng giữa mô phỏng và thực nghiệm đối với một loạt các thông số laser. Hơn nữa, công cụ số được sử dụng để nghiên cứu sự làm ướt tương đồng của titan nóng chảy với pha rắn của nó. Người ta chứng minh rằng lực làm ướt ảnh hưởng đến hình dạng của sự tan chảy đã đông kết. Độ dốc nhiệt độ cao ở bề mặt pha rắn-lỏng dẫn đến lực làm ướt yếu, do đó thúc đẩy hiện tượng bướu. 

Abstract:

Laser welding, selective laser melting, and wire-based laser metal deposition are additive manufacturing or processing technologies in which metals are melted using a laser beam. Inappropriate process parameters can lead to defects such as humps or lumps, which reduce the mechanical properties of the weld or the fabricated part. In this study, the laser melting of titanium was studied by three-dimensional numerical simulation using the Smoothed Particle Hydrodynamics method. The absorption of laser light by the material surface and the released vapor were determined by ray tracing techniques. Numerical and mathematical models were developed to predict the surface tension and optical properties of titanium. The numerical model was validated theoretically and experimentally. Among other studies, single-line laser tracks on titanium were simulated and compared with the experiments. The results showed that the optical properties of the titanium used in the experiments were significantly different from those of atomically clean titanium. Surface roughness, oxidation or chemical impurities reduce the reflectivity of the titanium surface compared to atomically clean titanium. By assuming an “aged” surface, quantitative agreement between simulation and experiment can be achieved for a wide range of laser parameters. Furthermore, numerical methods are used to study the homology of wetting of the molten titanium with its solid phase. It is demonstrated that the wetting force affects the shape of the solidified melt. The high temperature gradient at the solid-liquid interface results in weak wetting forces, thus promoting the hump phenomenon.

Ngôn ngữ:	eng
Tác giả:	Blank, Michael
Thông tin nhan đề:	Simulation of the laser melting process of titanium using Smoothed Particle Hydrodynamics
Nhà xuất bản:	FAU University Press
Loại hình:	Tài nguyên giáo dục mở / Bộ sưu tập: Cơ khí - Chế tạo máy
Bản quyền:	https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Nguồn gốc:	https://library.oapen.org/handle/20.500.12657/105766
Mô tả vật lý:	225p.
Năm xuất bản:	2023