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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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电磁搅拌增强送丝激光焊接中热流体流动与元素传输的数值与实验研究
摘要： 在激光束焊接中引入电磁搅拌可带来元素均匀化和晶粒细化等多项有益效果。但由于缺乏熔池内传热传质的定量数据，其底层物理机制尚未完全阐明。本文通过数值模拟与实验相结合的方法，研究了电磁搅拌对送丝激光焊接热流体流动及元素传输的影响。首次建立了耦合动态小孔、磁感应与元素传输的三维瞬态传热传质模型。结果表明：振荡磁场产生的洛伦兹力及其诱发的涡电流对热流体流动和小孔稳定性具有重要影响。电磁搅拌使熔池后下方区域的熔体流速提升，而小孔上部更易发生坍塌。由于增强的前向与下向流动，填充焊丝带来的额外元素得到显著均匀化。该模型通过熔合线形貌、熔池高速图像及实测元素分布得到良好验证。本研究深化了对磁场作用下激光焊接传输现象的认知。
关键词： 激光束焊接，元素传输，热流体流动，数值分析，磁流体力学
更新于2025-09-12 10:27:22