Автоматическая сварка, 2013, №04



2013 №04 (12)

2013 №04 (02)

---

“Автоматическая сварка», 2013, № 4, с. 3-8
 

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА И ГИДРОДИНАМИКИ ПРИ ЛАЗЕРНО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Ю. С. БОРИСОВ, В. Ф. ДЕМЧЕНКО, А. Б. ЛЕСНОЙ, В. Ю. ХАСКИН, И. В. ШУБА

ИЭС им. Е.О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
 
Реферат
Предложена приближенная математическая модель, описывающая тепловые и гидродинамические процессы при комбинированной лазерно-плазменной наплавке. Рассматривается схема быстродвижущегося источника нагрева, обобщающая известную схему Н. Н. Рыкалина на случай совместного конвективно-кондуктивного переноса энергии в расплавленном металле. Плотности тепловых источников лазерного и плазменного источников нагрева различной мощности полагаются распределенными на поверхности пластины по нормальному закону с различными радиусами тепловых пятен; комбинированный источник полагается аддитивным. Уравнение локального теплового баланса на поверхности обрабатываемого изделия учитывает теплообмен излучением и потери тепла на испарение. Полагается, что движение расплава в условиях плазменного нагрева косвенного действия осуществляется под воздействием подъемной силы Архимеда и термокапиллярной силы. Проведена верификация математической модели и описаны результаты вычислительных экспериментов по исследованию формирования проплавленной зоны при воздействии лазерного и комбинированного лазерно-плазменного источников нагрева. Показано, что доминирующим силовым фактором, определяющим гидродинамику расплава, является сила Марангони. Изучено влияние конвективного переноса энергии на формирование расплавленной зоны.
Библиогр. 8, табл. 4, рис. 8.
 
 
Ключевые слова: лазерно-плазменная наплавка, тепловые и гидродинамические процессы, моделирование, теплообмен, тепловой баланс, наплавка, проплавленная зона, сила Марангони

Поступила в редакцию: 24.01.2013
Опубликовано: 13.03.2013

1. Дьюли У. Лазерная технология и анализ материалов. — М.: Мир, 1986. — 504 с.
2. Воздействие лазерного излучения на материалы / Р.В.Арутюнян, В.Ю. Баранов, Л.А. Большов и др. — М.: Наука, 1989. — 367 с.
3. Веденов А.А., Гладуш Г.Г. Физические процессы при лазерной обработке материалов. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 208 с.
4. Рыкалин Н.Н. Расчет тепловых процессов при сварке. — М.: Машгиз, 1951. — 295 с.
5. Knight Ch. J. Theoretical modeling of rapid surface vaporization with back pressure // AIAA J. — 1979. — 17, № 5. — Р. 519-523.
6. Демченко В. Ф., Кривцун И. В., Семенов И. Л., Туричин Г. А. Математическое моделирование процессов нагрева и конвективного испарения металла при воздействии импульсного лазерного излучения // Proc. of the IV intern.conf. «Beam technologies and laser application», (Санкт-Петербург, 23–25 сент. 2009 г.). — Saint-Petersburg: Politechnical univ., 2009. — P. 81–85.
7. Ляшко И.И., Демченко В.Ф., Вакуленко С.А. Вариант метода расщепления уравнений динамики вязкой несжимаемой жидкости на лагранжево-эйлеровых сетках // Докл. АН УССР. Сер. А. — 1981. — С. 43–47.
8. Демченко В.Ф., Лесной А.Б. Лагранжево-эйлеровый метод численного решения многомерных задач конвективной диффузии // Докл. НАН Украины. — 2000. — № 11. — С. 71–75.