激光焊接熔池动力学行为

　　《激光焊接熔池动力学行为》系统地介绍了激光焊接过程熔池行为及其影响因素，包括试验测试技术、理论计算与过程仿真技术、熔池物态转换行为以及工艺条件对熔池行为的影响等。集中反映了我国在该方面的研究成果，其中部分研究成果反映了作者研究团队新前沿研究工作，如双光束激光焊接熔池行为、激光填丝焊接熔池行为、大厚度全熔透激光焊接和真空、低真空条件激光焊接熔池行为等。《激光焊接熔池动力学行为》可供大专院校师生、工程技术人员参考阅读。

　　巩水利，北京航空制造工程研究所副总工程师，高能束流加工技术研究室主任，高能束流加工技术国防重点实验室常务副主任，中航工业特种加工技术首席技术专家。

第1章 激光焊接基础
1．1 激光与材料的相互作用
1．1．1 材料对激光的吸收与被加热
1．1．2 激光热源模型及其固体材料中产生温度场
1．1．3 激光作用材料的熔化
1．1．4 激光作用下材料的气化
1．1．5 激光诱导等离子体及其效应
1．2 激光焊接的原理与特点
1．3 激光焊接熔池行为研究
第2章 准稳态熔池动力学模型及数值仿真
2．1 引言
2．2 准稳态激光焊接基本模型
2．2．1 描写流动与传热问题的控制方程
2．2．2 移动热源作用下激光深熔焊的三维数学模型
2．2．3 激光深熔焊过程的热源模型
2．3 数值解法的实现过程
2．3．1 迎风格式
2．3．2 交错网格技术
2．3．3 求解Navier-Stokers方程的压力修正方法
2．3．4 SIMPLE算法
2．3．5 程序编制以及求解
2．4 计算参数
2．5 激光深熔焊焊接速度对小孔形态的影响
2．5．1 钛合金激光深熔焊温度分布
2．5．2 焊接速度对小孔尺寸的影响
2．5．3 激光深熔焊焊接功率对小孔尺寸的影响
2．6 激光深熔焊熔池几何形状模拟
2．6．1 激光深熔焊熔池形状的数值模拟
2．6．2 焊接速度及激光功率对熔池尺寸的影响
2．7 激光深熔焊熔池流动速度场的数值模拟
2．7．1 激光深熔焊熔池流动的特点
2．7．2 激光深熔焊熔池速度的分布规律
2．7．3 试验验证
2．8 小结
第3章 小孔熔池耦合模型及数值计算方法
3．1 引言
3．2 耦合模型控制方程
3．2．1 传热与流动方程
3．2．2 热源模型
3．3 自由界面追踪方法
3．3．1 Levelset方法
3．3．2 VOF方法
3．4 耦合模型边界条件
3．4．1 基本约定
3．4．2 气液两相流中界面张力间断
3．4．3 表面张力、热毛细力、反冲压力的间断捕捉边界条件
3．5 数值求解计算方法
3．5．1 小孔壁面能量密度快速求解方法
3．5．2 小孔运动界面追踪方法
3．5．3 自由界面流动、传热耦合求解方法
3．5．4 数值求解程序的计算流程
3．6 小结
第4章 瞬态小孔与运动熔池动力学可视化仿真
4．1 引言
4．2 小孔与熔池瞬态耦合动力学行为
4．2．1 小孔的动力学演化过程及特征
4．2．2 稳定小孔时熔池的流动特征
4．2．3 非稳定小孔时熔池的流动特征
4．3 物理因素对耦合行为的影响
4．3．1 自由界面力和多重反射吸收
4．3．2 热物性参数
4．3．3 焊接工艺参数
4．4 小结
第5章 小孔内金属蒸气/等离子体动力学行为
5．1 引言
5．2 瞬态小孔内金属蒸气/等离子体动力学模型
5．2．1 动力学模型控制方程
5．2．2 动力学模型控制边界条件
5．3 瞬态小孔内金属蒸气/等离子体动力学
5．3．1 不均匀分布和高瞬态性
5．3．2 孔内多方向流动行为
5．3．3 剧烈振荡和摆动行为
5．3．4 局部蒸发处可压缩特性
5．4 小结
第6章 侧吹气流对小孔熔池动态行为的影响
6．1 引言
6．2 侧吹气体保护气流流场（钛合金）
6．3 侧吹气流对小孔与熔池行为的影响
6．3．1 侧吹气流对熔池表面变形的影响
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
6．4 侧吹气流影响小孔与熔池稳定性的机制
6．5 小结
第7章 双光束激光焊小孔与熔池动力学行为
7．1 引言
7．2 双光束焊接小孔与熔池瞬态耦合模型
7．2．1 瞬态耦合模型的控制方程
7．2．2 瞬态耦合模型的边界条件
7．3 双光束焊接小孔与熔池的耦合行为
7．3．1 焊接过程中动态小孔演化行为
7．3．2 焊接过程中运动熔池流动行为
7．4 双光束焊接过程稳定性的机理及影响因素
7．4．1 双光束焊接过程稳定性机理
7．4．2 工艺参数对双光束焊接稳定性的影响规律
7．5 小结
第8章 激光填丝焊小孔与熔池动力学行为
8．1 引言
8．2 激光填丝焊接多相瞬态耦合模型
8．2．1 焊丝熔化数学模型
8．2．2 小孔与熔池瞬态耦合模型
8．2．3 主要边界条件
8．3 填丝焊过程中小孔与熔池的动力学行为
8．3．1 自由过渡条件下瞬态小孔和运动熔池行为
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
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
8．3．4 接触过渡条件下瞬态小孔和运动熔池行为
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
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
8．3．7 无熔滴过渡和熔滴过渡中瞬态小孑L和运动熔池行为的比较
8．4 填丝焊过程中小孔与熔池的不稳定性机理
8．4．1 单激光焊和激光填丝焊过程的熔池动力学
8．4．2 不同送丝速度下填丝焊过程的熔池动力学
8．4．3 填丝焊过程中小孔的不稳定性机理
8．5 填丝焊过程中运动熔池动态稀释行为
8．5．1 运动熔池稀释行为模型
8．5．2 准稳态运动熔池内的动态稀释行为特征
8．5．3 瞬态运动熔池内的动态稀释行为特征
8．6 小结
第9章 真空激光焊小孔与熔池动力学行为
9．1 引言
9．2 真空激光焊接小孔与熔池瞬态耦合模型
9．2．1 瞬态耦合模型的控制方程
9．2．2 瞬态耦合模型的边界条件
9．3 真空激光焊接小孔与熔池耦合行为特征
9．3．1 焊接过程中动态小孔的演化特征
9．3．2 焊接过程中运动熔池的流动特征
9．4 真空和低真空激光焊接熔深增加行为
9．4．1 熔深随环境压力减小而增加的物理机制
9．4．2 熔深有限增加理论
9．5 小结
参考文献