第 ４０ 卷 中 国 激 光 犆犎犐犖犈犛犈犑犗犝犚犖犃犔犗犉犔犃犛犈犚犛 第５期 ２０１３ 年 ５ 月 Ｖｏ ｌ． ４０，Ｎｏ． ５ 犕犪狔，２０１３ 粉末性质对同轴送粉激光熔覆中 粉末流场的影响规律 刘 昊 虞 钢 何秀丽 李少霞 （中国科学院力学研究所先进制造工艺力学重点实验室，北京 １００１９０） 摘要 在同轴送粉激光熔覆过程中，粉末流是影响 熔 覆 质 量 的 重 要 因 素。 为 了 提 高 粉 末 流 的 汇 聚 性，考 察 粉 末 性 质对粉末流场的影响，建立了同 轴 送 粉 激 光 熔 覆 粉 末 流 数 值 模 型。 模 拟 计 算 了 Ｎｉ ＣｏＣｒＡｌＹ、 ＺｒＯ２ 、Ｗ 三 种 典 型 粉 末的粉末流形貌，并进行了粉末流的验证实验，实验结果与计算结果趋势吻合，说 明 模 型 具 备 合 理 性 与 可 靠 性。 基 于该模型，深入研究了粉末粒径、形状、密度和碰撞弹 性 恢 复 系 数 对 粉 末 流 汇 聚 的 影 响 规 律，在 特 定 送 粉 工 艺 参 数 下，在粉末粒径增大时，汇聚焦距减小，汇聚浓度在一定粒径范围内达到最大值；在 粉 末 形 状 系 数 或 者 密 度 增 大 时， 汇聚焦距减小、汇聚浓度增大；在粉末颗粒的恢复系数减小时，汇聚焦距与汇聚浓度都增大。 关键词 激光技术；激光熔覆；数值模拟；粉末流 中图分类号 ＴＧ４５６． ７；ＴＮ２４９ 文献标识码 Ａ 犱狅 犻：１０． ３７８８／犆犑犔２０１３４０． ０５０３００８ 犈犳 犳 犲犮 狋狅犳犘狅狑犱犲 狉犘狉狅狆犲 狉 狋 犻 犲 狊狅狀狋犺犲犆狅狀狏犲 狉犵犲狀犮犲狅犳犘狅狑犱犲 狉犛狋 狉犲犪犿 犻 狀犆狅犪狓 犻 犪 犾犔犪狊犲 狉犆犾 犪犱犱 犻 狀犵 犔 犻 狌犎犪 狅 犢狌犌犪狀犵 犎犲犡犻 狌 犾 犻 犔 犻犛犺犪 狅狓 犻 犪 （ 犓犲狔犔犪犫狅狉犪 狋 狅狉狔狅 犮犺犪狀犻 犮 狊犻狀犃犱狏犪狀犮 犲犱 犕犪狀狌犳犪犮 狋狌狉 犻狀犵，犐狀狊 狋 犻 狋狌狋 犲狅 犮犺犪狀犻 犮 狊，犆犺 犻狀犲 狊 犲犃犮犪犱犲犿狔狅 犻 犲狀犮 犲 狊， 犳 犕犲 犳 犕犲 犳犛犮 ， ） 犅犲 犻 犻狀犵１００１９０ 犆犺 犻狀犪 犼 犃犫狊 狋 狉犪犮 狋 犜犺犲狆狅狑犱犲 狉狊 狋 狉 犲 犪犿犺犪 狊犪狀犻犿狆狅 狉 狋 犪狀 狋犻 狀 犳 犾 狌犲狀犮 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送 粉 等 几 种 是在粉末流的外侧 形 成 气 体 保 护 氛 围，这 对 一 些 易 不同加工方式，其中同轴送粉具有参数调整灵活、无 氧化的金属粉末尤为重要；中环气体为载粉气体，主 方 向 性 的 特 点，易 于 实 现 激 光 熔 覆 的 自 动 化 控 要在起承载输运粉 末 颗 粒 的 作 用，与 粉 末 颗 粒 形 成 制 ［ ３～５］ 。 气固两相流；中路激光腔内为内环保护气体，主要起 在同 轴 送 粉 激 光 熔 覆 中，粉 末 流 场 的 分 布 对 输 抑制粉末反弹与保护镜片的作用。 送到熔池的粉末质量与激光能量的衰减有重要的影 响 ［５～７］，是决定 熔 覆 涂 层 质 量 的 关 键 因 素。 同 轴 喷 嘴的结构参数、送粉工艺参数、粉末性质和环境条件 是影响粉末流场的主要因素。路桥潘等 ［８］利用 喷嘴 模型研究了送粉喷嘴腔间隙和粉腔锥角两个喷嘴结 构参数对粉末流汇聚的影响规律。付伟等 ［９］研 究了 在不同的中路气、载粉气、外层保护气的工艺参数组 合下粉末的汇聚特 性，找 出 了 各 工 艺 参 数 的 取 值 范 围。朱刚贤等 ［１０］应 用 气 固 两 相 流 理 论 研 究 了 粉 末 图 １ 同轴送粉激光熔覆示意图 汇聚焦点的浓度及汇聚焦距与沉积层结构之间的关 ［ ］ 系。Ｚｅｋｏｖ ｉ ｃ 等 １１ 采 用 气 粉 两 相 流 模 型 研 究 了 送 粉过程中平板基底和薄壁状基底对粉末颗粒的碰撞 与反弹作 用。 谭 华 等 ［１２，１３］在 研 究 粉 末 输 送 过 程 中 分别发现了粉末粒 径、恢 复 系 数 对 粉 末 流 分 布 有 一 定的影响。 根据 所 制 备 涂 层 的 用 途 不 同，激 光 熔 覆 所 选 用 的粉末材料也各不相同。目前一般常用的粉末有铁 基、镍基、钴基合金粉末或复合粉末、陶瓷粉末和钨、 钼、钽等难熔金属粉末 ［１４］。这些 粉 末 由 于 本 身 材 料 属性与制备工艺的不同，在粉末颗粒的形貌、密度等 性质方面具有 较 大 的 差 别。 由 于 在 送 粉 过 程 中，粉 末颗粒的飞行轨迹 是 与 喷 嘴 腔 壁 面 碰 撞、送 粉 气 流 场与重力相互作用 的 结 果，不 同 粉 末 受 到 这 些 作 用 的影响也不相同，因 此 研 究 粉 末 性 质 与 粉 末 流 汇 聚 特性之间的规律，对 根 据 不 同 的 粉 末 设 计 合 理 的 送 粉工艺参数及保证激光熔覆过程的稳定性具有重要 意义。 粉末 性 质 在 工 程 实 践 中 按 化 学 成 分、物 理 性 能 和工艺性能来进行划分和测定，但其中一些性质（熔 Ｆ ｉ １ Ｓｃｈｅｍａ ｔ ｉ ｃｏ ｆｃ ｏａｘ ｉ ａ ｌｌ ａ ｓ ｅ ｒｃ ｌ ａｄｄ ｉ ｎｇ ｇ． 将同轴送粉过程中的载粉气体和保护气体作为 不可压缩连续相处 理，由 流 体 力 学 中 的 连 续 方 程 和 动量方程求解。由于单位时间内进入同轴喷嘴的粉 末颗粒体积与气体体积比 远 小 于 １０％ ，将 粉 末 颗 粒 视为气固两相流中 的 离 散 相 处 理，采 用 离 散 相 模 型 描述粉末颗粒的行为 ［１５］。 ２． １ 气流场模型 气相的基本控制方程包括质量守恒和动量守恒 方程。在典型送粉工艺参数下，气流表现为稳定、不 可压缩和恒 温 的 湍 流，因 此 引 入 标 准 犽 ε 湍流模型 求解 ［１１］。标准 犽 ε 湍 流 模 型 具 有 稳 定 性、经 济 性 和 计算精度比较高的特点。 湍流动能方程为 犽μ犼） μｔ 犽 （ ρ １） ε． （ ＝ ＋犌犽 ＋犌ｂ －ρ 狓犼 狓犼 σ犽 狓犼 湍流耗散率方程为 （ ２ （ ε ε ε 犌 犌） 犆 ε ， ρ μ犼）＝ μｔ ＋犆１ （ 犽＋ ｂ － ２ ρ 犽 犽 狓犼 狓犼 σε 狓犼 （ ２） （ 点、电磁性质和表面活性等）对粉末颗粒的飞行轨迹 （ 末的粒径、形状、密 度、碰 撞 恢 复 系 数 等 性 质 对 粉 末 流场的影响规律，为 根 据 特 定 粉 末 的 性 质 优 化 送 粉 ） ） 犻 犻 犌犽 ＝μｔ μ ＋ μ犼 μ ， 狓犼 狓犻 狓犼 的影响不大。本文建立了激光熔覆同轴送粉粉末流 场的数值模型，通过实验验证了模拟结果，研究了粉 ） （ ３） ｔ ρ， （ 犌ｂ ＝－犵犻 μ ４） ρ犘ｔ 狓犻 式中 犽 是 湍 流 动 能， 犻、 ２， ３， ε 是 湍 流 耗 散 率， 犼 ＝ １， μ ＝μ０ ＋μｔ（ μ０ 是 分 子 粘 度， μｔ 是 紊 流 粘 度， μｔ ＝ ２ ／ ） 。 表示由平均速度梯度产生的湍流动能， ρ犆狌犽 ε 犌犽 犌ｂ 表示由 浮 力 产 生 的 湍 流 动 能， 犘ｔ 为 湍 流 普 朗 特 工艺参数提供了依据。 ２ 同轴送粉模型的建立 典型的同轴送粉过程如图 １ 所示。在同轴送粉 数，其中常 数σ犽 ＝ １． ０， ３， 犆１ ＝ １． ４４， 犆２ ＝ σε ＝ １． ０５０３００８ ２ 刘 昊等： 粉末性质对同轴送粉激光熔覆中粉末流场的影响规律 狀 珚） ］， 犢犱 ＝ｅｘｐ［ 犱／犱 －（ 珚 式中 犱 为中位径， 狀 为分布指数。 １． ９２， 犆μ ＝０． ０９。 ２． ２ 粉末轨迹模型 对于粉末颗粒，采用基于欧拉 拉格朗日模 拟方 （ １０） 法中的离散相模型 描 述，颗 粒 在 拉 格 朗 日 坐 标 下 的 ２． ２． ２ 粉末颗粒的形状 一般 来 说，准 确 描 述 粉 末 颗 粒 的 形 状 是 很 困 难 受力平衡方程为 ［１５］ 的，这里引 入 形 状 系 数 Φ 来 描 述 非 球 形 颗 粒 的 形 ｄ 狌ｐ犻 犵犻（ － ） 狌犻 －狌ｐ犻 ）＋ ρｐ ρ ＋犉犻， （ ５） ＝ 犉Ｄ （ ｄ 狋 ρｐ 式中 狌ｐ犻 为颗 粒 速 度， 犉犻 为 附 加 力， ρｐ 为 颗 粒 密 度， 状，形状系数 Ф 的定义如下： 犉Ｄ （ 狌犻 －狌ｐ犻 ）为颗粒的单位质量拽力： １８ 犆Ｄ犚犲， （ 犉Ｄ ＝ μ ６） ２ ρｐ犱ｐ ２４ 式中 犱Ｐ 为 颗 粒 直 径， 犆Ｄ 为 拽 力 系 数， 犚犲 为 颗 粒 相 对雷诺数，定义为 犱 狌 －狌 （ 犚犲 ＝ρ ｐ ｐ ． ７） μ 对于亚观尺度（直径为 １～１０μｍ）的颗粒，则遵 循斯托克斯拽力公式，拽力定义为 １８μ ， （ ８） 犱２ ｐ ρｐ犆ｃ 式中的系 数 犆ｃ 为 斯 托 克 斯 拽 力 公 式 的 Ｃｕｎｎ ｉ ｎｇｈ ａｍ 修正，其计算公式为 犉Ｄ ＝ １． １犱ｐ ２ 犆ｃ ＝１＋ λ １． ２５７＋０． ４ｅｘｐ － ２ 犱ｐ λ ｛ ［（ ）］｝， （ ９） 式中λ 为气体分子平均自由程。 采用随机轨道模型模拟湍流对颗粒的影响。在 颗粒轨道积分计算 的 过 程 中，流 体 速 度 为 瞬 时 速 度 与脉动速度之和，用 这 种 方 法 计 算 足 够 多 的 代 表 性 颗粒的轨道，来确定湍流对颗粒的随机性影响。 ２． ２． １ 粉末颗粒的粒径及分布 粉末的粒径和粒径分布主要与粉末的制备方法 狊， （ １１） 犛 其中狊 为与实际颗粒具有相同体积的球 形颗粒的 表 Φ＝ 面积， 犛 为实际颗粒的表 面积。Φ 的取 值范 围 为（ ０， １），颗粒形状越不规则越复杂，形状系数就越小。颗 粒的形状对气流场 中 颗 粒 所 受 拽 力 影 响 显 著，对 于 非球形颗粒，拽力系数 犆Ｄ 表示为 ［１６］ 犫３犚犲 ， ２４ 犆Ｄ ＝ （ １＋犫１犚犲 犫２）＋ 犫４ ＋犚犲 犚犲 （ １２） （ 犫１ ＝ｅｘｐ（ ２． ３２８８－６． ４５８１Φ ＋２． ４４８６Φ２）， １３） （ 犫２ ＝０． ０９６４－０． ５５６５Φ， １４） 犫３ ＝ｅｘｐ（ ４． ９０５－１３． ８９４４Φ ＋１８． ４２２Φ２ － （ １０． ２５９９Φ３）， １５） 犫４ ＝ｅｘｐ（ １． ４６８１－１２． ２５８Φ －２０． ７３２２Φ２ ＋ （ １５． ８８５５Φ３）． １６） ２． ２． ３ 粉末颗粒的恢复系数 粉末 颗 粒 在 进 入 同 轴 喷 嘴 后，在 喷 嘴 内 部 的 环 腔内经历多次碰撞 反 弹 作 用，颗 粒 在 反 弹 过 程 中 发 生动量变化，这种变化由恢复系数确定： 犞２ｎ ， （ １７） 犞１ｎ 式中 犞１ｎ， 犞２ｎ分别为颗粒碰撞前、后垂直壁面的法向 犲ｎ ＝ 速度分量。同理，切 向 恢 复 系 数 由 碰 撞 前 后 切 向 速 度分量之 比 确 定。 完 全 弹 性 碰 撞 的 恢 复 系 数 等 于 末极细，而还原粉 末 和 电 解 粉 末 则 可 以 通 过 还 原 温 １． ０，表示碰撞前后没有动量损失。当恢复系数等于 ０ 时表示颗粒在碰撞后损失 了所 有 动 量。 粉 末 颗 粒 度或电流密度 在 较 宽 的 范 围 内 变 化。 严 格 地 讲，粒 的恢复系数与壁面条件、入射速度、材料属性等均有 径仅指单个颗粒而言，而粒径分布则指整个粉末体， 一定的关系，经相关研究表明，粉末颗粒的取值范围 这里讲的粉末粒径 包 含 有 粉 末 平 均 粒 径 的 意 义，即 ［ ］ 一般为 ０． ９１～０． ９９１７ 。为便于研究，本文在粉末与 粉末的某种统计性平均粒径。 壁面条件一定的情况下将恢复系数作为常数处理。 和工艺有关。一般 机 械 粉 碎 粉 末 较 粗，气 相 沉 积 粉 粉末 冶 金 用 的 金 属 粉 末 的 粒 径 范 围 很 广，大 致 为 ０． １～５００μｍ。 实 际 粉 末 颗 粒 形 状 一 般 不 对 称， 仅用一维的几何尺寸不能精确地表示颗粒的真实大 ２． ３ 模型描述与主要计算参数 经送 粉 器 送 出 的 粉 末 分 为 ４ 路 进 入 同 轴 喷 嘴， 内环保护 气 与 外 环 保 护 气 各 分 为 两 路 进 入 同 轴 喷 小，这里采用显微 镜 投 影 几 何 学 原 理 测 得 颗 粒 三 个 嘴，各入口与喷嘴的环腔相连，粉末与气体经环腔的 互成 ６０ °方向的投影径，以其算术平均值表征粉末粒 环形出口离开喷嘴，在 环 腔 锥 角 的 作 用 下 汇 聚 于 喷 径。粉末体 的 粒 径 分 布 采 用 Ｒｏ ｓ ｉ ｎ Ｒａｍｍｌ ｅ ｒ分 布 拟 嘴下方。假设在进 入 同 轴 喷 嘴 之 前，载 粉 气 和 粉 末 合。Ｒｏ ｓ ｉ ｎ Ｒａｍｍｌ ｅ ｒ分布 假 定 在 颗 粒 直 径 犱 与 大 于 此直径的颗粒的质量分数犢犱 之间存在指数关系： 混合充分，粉末颗 粒 在 进 入 喷 嘴 入 口 时 与 载 粉 气 速 度相同，并且垂 直 入 口 平 面。 本 研 究 所 用 的 同 轴 喷 ０５０３００８ ３ 中 国 激 嘴主要结构参数如表 １ 所示。 光 图 ２ 所示。对于气 相，气 体 及 粉 末 入 口 设 置 为 速 度 建立的三维几何模型包括喷嘴结构和喷嘴下方 入口边界，喷嘴的内外壁设置为壁面边界，喷嘴下方 的圆柱形计算区域。采用贴体坐标系方法分区域划 的圆柱区域的侧面及地面设置为压力边界出口。对 分网格，较为复杂 的 喷 嘴 结 构 采 用 四 面 体 和 六 面 体 于离散相，将喷嘴内外壁设置为反弹边界，将喷嘴下 单元的非结构化网 格 划 分，喷 嘴 下 方 的 区 域 采 用 六 方的圆柱区域的侧 面 及 底 面 设 置 为 逃 逸 边 界，即 粉 面体单元结构化网格划分。模型结构与网格划分如 末颗粒到达此类边界后不再参与轨道的计算。 表 １ 同轴送粉喷嘴主要结构参数 Ｔａｂ ｌ ｅ１ Ｍａ ｉ ｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌｐａ ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓｏ ｆｔ ｈｅｃ ｏａｘ ｉ ａ ｌｎｏ ｚ ｚ ｌ ｅ Ｉ ｎｎｅ ｒｇａ ｓｉ ｎ ｌ ｅ ｔ Ｃａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｒｇａ ｓｉ ｎ ｌ ｅ ｔ Ｏｕ ｔ ｅ ｒｇａ ｓｉ ｎ ｌ ｅ ｔ Ｍｉ ｄｄ ｌ ｅｃ ｏｎｅｒ ｉ ｎｇ Ｏｕ ｔ ｅ ｒｃ ｏｎｅｒ ｉ ｎｇ ｄ ｉ ａｍｅ ｔ ｅ ｒ／ｍｍ ｄ ｉ ａｍｅ ｔ ｅ ｒ／ｍｍ ｄ ｉ ａｍｅ ｔ ｅ ｒ／ｍｍ ６ ４ ２ ／ａｎｇ ｍｍ） ｌ ｅ（ °） ｇａｐ （ ２． ２／６０ ／ａｎｇ ｍｍ） ｌ ｅ（ °） ｇａｐ （ １． ２／５０ 本研究所采用的载粉气体和保护气体均为氩气。 在研究中主要采用 Ｎｉ ＣｏＣｒＡｌＹ、 Ｚ ｒＯ２ 、Ｗ 粉三种典型 粉末。这三种 粉末在 扫 描 电 镜 下 的 微 观 形 貌 如 图 ３ 所示。Ｎｉ ＣｏＣｒＡｌＹ 粉末颗粒成分较复杂，多呈近似球 形或椭球形，粒径 范围在 ４８． ７～１２７． ８μｍ； ＺｒＯ２ 陶 瓷粉末颗粒的形状主要为板状，粒 径 范 围 在 １１． ８～ ８３． ８μｍ；Ｗ 粉末颗粒呈不规则的多面 体形貌，致密 细小，粒径在 ０． ８～２． １３μｍ 的 范 围，属 亚 观 尺 度 的 颗粒。这三种 粉 末 的 主 要 计 算 性 能 参 数 如 表 ２ 所 图 ２ 三维几何模型及网格划分 示，为研究方便，粉末颗粒的形状系数和恢复系数等 Ｆ ｉ ２ Ｍｅ ｓｈｅｄｇｅ ｏｍｅ ｔ ｒ ｆｔ ｈｅｃ ｏａｘ ｉ ａ ｌｎｏ ｚ ｚ ｌ ｅ ｇ． ｙｏ 参数取其统计平均值。 图 ３ 粉末颗粒形貌。（ ａ）Ｎｉ ＣｏＣｒＡＬＹ 粉末；（ ｂ）ＺｒＯ２ 陶瓷粉末；（ ｃ）Ｗ 粉末 ３ Ｐｏｗｄｅ ｒｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｍｏ ｒ ｌ ｏｇｙ．（ ｒ；（ ｒ；（ ｒ Ｆ ｉ ａ）Ｎｉ ＣｏＣｒＡｌＹｐｏｗｄｅ ｂ）ＺｒＯ２ ｃ ｅ ｒ ａｍｉ ｃｐｏｗｄｅ ｃ）Ｗ ｐｏｗｄｅ ｇ． ｐｈｏ 表 ２ 粉末性能参数 Ｔａｂ ｌ ｅ２ Ｐｒ ｏｐｅ ｒ ｔ ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓｏ ｆｐｏｗｄｅ ｒ ｓ ｙｐａ Ｄｅｎｓ ｉ ｔ ｋｇ／ｍ３ ） ｙ／（ Ｓ ｉ ｚ ｅ／μｍ Ｓｈａｐｅｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｒｅ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｉ ｏｎｃ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔ Ｎｉ ＣｏＣｒＡｌＹ ８３５０ ４８． ７～１２７． ８ ０． ９ ０． ９３ ＺｒＯ２ ５８４６ １１． ８～８３． ８ ０． ６ ０． ９１ Ｗ １９３５０ １３ ０． ８～２． ０． ８ ０． ９２ Ｐｏｗｄｅ ｒ ３ 计算结果验证与分析 颗粒反射光线，粉 末 流 图 像 灰 度 与 粉 末 浓 度 成 比 例 ３． １ 同轴送粉模型的实验验证 为了 验 证 数 值 计 算 结 果 的 合 理 性 与 可 靠 性，设 关系。 计了粉末流 场 ＣＣＤ 相 机 拍 摄 实 验。 实 验 在 暗 箱 中 Ｎｉ ＣｏＣｒＡｌＹ 粉末 流 形 貌 的 计 算 结 果 与 实 验 对 比如图 ４ 所 示。 图 ４（ ａ）显 示 粉 末 颗 粒 飞 行 轨 迹 与 进行，暗箱的 侧 面 通 过 狭 缝 射 入 强 光 光 源， ＣＣＤ 相 粉末浓度计算结果，采 用 的 送 粉 工 艺 参 数 为 内 环 保 机通过暗箱正面的小孔拍摄粉末流图像。由于粉末 护气流量为 ８． ５Ｌ／ｍｉ ｎ、载 粉气 流量 为 ３Ｌ／ｍｉ ｎ、外 ０５０３００８ ４ 刘 昊等： 粉末性质对同轴送粉激光熔覆中粉末流场的影响规律 环保护 气 流 量 为 ４Ｌ／ｍｉ ｎ、送 粉 速 率 为 ４． ２ｇ／ｍｉ ｎ； 图 ４（ ｂ）是在相 同 参 数 下 的 粉 末 流 的 实 验 结 果。 为 了分辨粉末颗粒的 飞 行 轨 迹，计 算 结 果 图 仅 显 示 了 部分粉末颗粒计算 轨 迹，由 轨 迹 点 上 的 颜 色 区 分 该 位置的粉末浓度。计算结果和实验结果的粉末流形 貌基本相同，粉末流的汇聚位置、浓度分布的大体趋 势基本对应，说明了同轴送粉粉末流模型的合理性。 计算结果图中有部分粉末颗粒的飞行轨迹汇聚趋势 较差，与实验图像有略微差异，产生这种结果的主要 原因是： Ｎｉ ＣｏＣｒＡｌＹ 粉末由多种不 同 成 分 的 颗 粒 构 成，而在计算中密 度 和 形 状 系 数 等 粉 末 性 质 的 设 置 图 ５ ＺｒＯ２ 粉末流场计算结果与实验结果对比 Ｆ ｉ ５ Ｃｏｍｐａ ｒ ｉ ｓ ｏｎｂｅ ｔｗｅ ｅｎｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｅｄａｎｄｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔ ａ ｌ ｇ． ｒｆ ｌ ｏｗ ｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｏ ｆＺｒＯ２ ｐｏｗｄｅ 是取统计平均值，使 个 别 颗 粒 的 性 质 可 能 与 实 际 相 差较大，导致其飞行轨迹的偏差较大。 图 ６ Ｗ 粉粉末流场计算结果与实验结果对比 Ｆ ｉ ６ Ｃｏｍｐａ ｒ ｉ ｓ ｏｎｂｅ ｔｗｅ ｅｎｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｅｄａｎｄｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔ ａ ｌ ｇ． 图 ４ Ｎｉ ＣｏＣｒＡｌＹ 粉末流场计算结果与实验结果对比 ｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｏ ｆＷ ｐｏｗｄｅ ｒｆ ｌ ｏｗ Ｆ ｉ ４ Ｃｏｍｐａ ｒ ｉ ｓ ｏｎｂｅ ｔｗｅ ｅｎｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｅｄａｎｄｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔ ａ ｌ ｇ． 看出，Ｗ 粉末流形貌的计算 结 果 与 实 验 结 果 比 较 吻 合。 ｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｏ ｆＮｉ ＣｏＣｒＡｌＹｐｏｗｄｅ ｒｆ ｌ ｏｗ 在同 轴 喷 嘴 下 方 的 粉 末 浓 度 分 布 可 以 看 出，粉 利用同轴送粉模型计算出的 ３ 种典型粉末的粉 末流在三路气体的协调作用下呈现出束腰型的汇聚 末流，在粉末流的形貌、汇聚位置和浓度分布的趋势 特点，从上到下可 以 分 为 三 个 典 型 的 区 域：过 渡 区、 上与实验结果基本 一 致，说 明 了 该 模 型 对 计 算 不 同 汇聚区和发散区。过渡区的粉末浓度在水平面上呈 粉末性质的粉末流具备一定的可靠性。 环状分布，越向 下 环 状 越 向 中 心 移 动。 当 中 心 浓 度 达到最高时进入汇 聚 区，粉 末 浓 度 在 汇 聚 区 焦 点 处 ３． ２ 粉末性质对粉末流的影响 对于 特 定 的 粉 末，其 颗 粒 飞 行 轨 迹 主 要 取 决 于 达到最高，汇聚区 的 高 度 可 认 为 是 粉 末 流 的 汇 聚 焦 在同轴喷嘴中与粉 末 环 腔 的 碰 撞 作 用、重 力 场 与 气 深。最后，在水平速度的作用下，部分颗粒飞出中心 流场。不同性质的粉末，受这三者的影响程度不同， 区域，在汇聚区下方形成发散区。 粉末 流 的 汇 聚 也 会 表 现 出 明 显 的 不 同。 下 面 以 图 ５ 为在相同送 粉 工 艺 参 数 下 的 ＺｒＯ２ 粉 末 流 形貌的计算结果 与 实 验 结 果 对 比。 可 以 看 出， ＺｒＯ２ ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ 粉末为例，研究粉末 粒 径、形 状、密 度 和 恢复系数等性质对粉末流汇聚作用的影响。 粉末流形貌结构实验结果与计算结果基本一致。与 在内 环 保 护 气 流 量、载 粉 气 流 量 和 外 环 保 护 气 Ｎｉ ＣｏＣｒＡｌＹ 粉末 流 相 似，在 同 轴 喷 嘴 下 方 的 ＺｒＯ２ 粉末流也明显地分为过渡区、汇聚区和发散区。 流量分别为 ８． ５Ｌ／ｍｉ ｎ、 ３Ｌ／ｍｉ ｎ、 ４Ｌ／ｍｉ ｎ 情 况 下， 送粉喷嘴下方纵截面气流速度场如图 ７ 所示。从气 Ｗ 粉粉末流形貌的计算结果与实验对比如 图 ６ 所示。与 Ｎｉ ＣｏＣｒＡｌＹ 粉 末 流 与 ＺｒＯ２ 粉 末 流 相 比， 流速度场可以看出，在 三 路 气 体 的 共 同 作 用 下 喷 嘴 Ｗ 粉粉末流的结构有较大 不 同，其 粉 末 流 的 汇 聚 区 范围 较 大，不 存 在 明 显 的 发 散 区，这 与 Ｗ 粉 粉 末 流 主要由内环保护气流速控制。当喷嘴下方存在基体 受气流场影响较大有关。粉末性质与气流场影响之 反弹作用，防止反 弹 后 的 熔 融 颗 粒 粘 结 在 喷 嘴 出 口 间的关系将在下一节详细讨论。从对比图中也可以 造成堵粉现象。另 外，强 气 流 对 粉 末 流 的 汇 聚 具 有 下方产生一个锥形 的 强 气 流 区 域，这 个 区 域 的 大 小 时，强气流有效抑 制 了 粉 末 颗 粒 碰 撞 基 体 后 的 向 上 ０５０３００８ ５ 中 国 激 重要影响。一方面，粉末颗粒进入强气流区域汇聚， 必须具备一定的速度和惯性；另一方面，强气流区域 内的粉末颗粒在气流与重力的作用下向下的速度迅 速增大，有利于形成一定的汇聚焦深。 光 ３． ２． １ 粉末粒径对粉末流的影响 Ｎｉ ＣｏＣｒＡｌＹ 粉 末 粒 径 分 别 在 １００ 目 （ １５０～ １８０μｍ）、１４０ 目 （ １０６ ～ １５０ μｍ）、２００ 目 （ ７５ ～ ） 、 目（ ） 、 目（ １０６μｍ ２７０ ５３～７５μｍ ３２５ ４５～５３μｍ）时， 喷嘴下方粉末浓度分布如图 ８ 所示。图 ８（ ａ）是在不 同目数下粉末沿喷嘴出口中心轴线的浓度分布，粉末 汇聚焦距在 １００ 目时为 ８ｍｍ，在 ３２５ 目时为 １３ｍｍ， 粉末汇聚焦距随着粉末粒径的减小有增大的趋势，这 是因为粉末的粒径小，则相应的惯性小，受气流场分 布的影响就越大，其 进 入 锥 形 强 气 流 区 域 的 位 置 也 就靠下，因 而 其 汇 聚 焦 距 变 大。 在 １００ 目、 １４０ 目、 ２７０ 目时的粉末汇聚浓度相差 不 大，分 布 也 近 似，其 中 １００ 目的粉末其 分 布 呈 现 出 明 显 的 双 峰 特 征，其 第一个峰主要是由一部分较大粒径的粉末沿环腔锥 角的延线汇聚 于 喷 嘴 下 方 而 形 成 的。 图 ８（ ｂ）是 不 同目数下 在 其 汇 聚 平 面 上 水 平 方 向 的 粉 末 浓 度 分 布，从图中可以看出，汇聚平面水平方向上的粉末浓 度分布具有相似的 趋 势，距 喷 嘴 中 心 线 距 离 增 大 则 粉末浓度逐渐减 低。 随 着 粉 末 粒 径 的 减 小，在 半 径 ２ｍｍ 的范围内其分 布 越 趋 于 高 斯 分 布。 在 ２７０ 目 的粉末汇聚浓度最大，粉 末 焦 距 为 ８． ４ ｍｍ，并 具 有 图 ７ 送粉喷嘴下方纵截面气流速度场 Ｆ ｉ ７ Ｇａ ｓｖｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂｕ ｔ ｉ ｏｎｂｅ ｌ ｏｗｔ ｈｅｃ ｏａｘ ｉ ａ ｌｎｏ ｚ ｚ ｌ ｅ ｇ． ｙｄ 合适的汇聚 焦 深，说 明 在 当 前 送 粉 工 艺 条 件 下，对 ２７０ 目的 Ｎｉ ＣｏＣｒＡｌＹ 粉末汇聚效果最好。 图 ８ 不同粒径下的粉末浓度分布。（ ａ）沿喷嘴出口中轴线方向；（ ｂ）沿汇聚平面上的轴线方向 Ｆ ｉ ８ Ｐｏｗｄｅ ｒｃ ｏｎｃ ｅｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎｗｉ ｔ ｈｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｐｏｗｄｅ ｒｓ ｉ ｚ ｅ ｓ．（ ａ）Ａｌ ｏｎｇｎｏ ｚ ｚ ｌ ｅａｘ ｉ ｓ；（ ｂ）ａ ｌ ｏｎｇｒ ａｄ ｉ ａ ｌａｘ ｉ ｓｉ ｎｆ ｏ ｃ ａ ｌｐ ｌ ａｎｅ ｇ． ３． ２． ２ 粉末形状对粉末流的影响 在其 他 条 件 不 变 的 情 况 下，不 同 粉 末 形 状 系 数 粉末形状对粉末流的汇聚作用的影响主要体现 在对拽力的影响上，粉末形状越不规则，其颗粒表面 下的粉末汇聚浓度 和 汇 聚 焦 距 的 变 化 如 图 ９ 所 示， 越复杂，单位质量粉末受到气流场的拽力也就越大， 可见同轴喷嘴下的粉末流汇聚特性对粉末的形状比 即粉末颗粒受到气 流 场 的 带 动 作 用 越 大，其 飞 行 轨 较敏感。随着粉末颗粒形状从非球形向完全规则球 迹就越趋近于气流场的迹线。由于在图 ７ 所示的气 形变化的过程中，粉 末 流 汇 聚 浓 度 呈 逐 渐 上 升 的 趋 流场下，中路强气 流 的 作 用 使 载 粉 气 流 的 迹 线 并 不 势，尤其在形状系数在 ０． ３～０． ５ 之间的上升趋势最 为明显；而粉末流的汇聚焦距则从 １６． ０ ｍｍ 呈 双曲 汇聚于喷嘴中心，所以粉末颗粒形状越不规则，其汇 线型下降到 ７． ４ｍｍ。 上分析，对于形状不规则的粉末，可以通过降低中路 聚焦点距离喷嘴 就 越 远，汇 聚 浓 度 也 越 小。 根 据 以 ０５０３００８ ６ 刘 昊等： 粉末性质对同轴送粉激光熔覆中粉末流场的影响规律 聚区后很快沿原 方 向 飞 出，进 入 发 散 区。 这 是 粉 末 汇聚浓度增长趋势减缓的原因。 图 ９ 粉末流汇聚浓度与汇聚焦距随粉末颗粒 形状系数的变化 Ｆ ｉ ９ Ｖａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｍａｘ ｉｍｕｍｐｏｗｄｅ ｒｃ ｏｎｃ ｅｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄ ｇ． 图 １０ 粉末流汇聚浓度与汇聚焦距随粉末 ｆ ｏ ｃ ａ ｌｄ ｉ ｓ ｔ ａｎｃ ｅｗｉ ｔ ｈｓｈａｐｅｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ 颗粒密度的变化 保护气流量和提高载粉气流量的方式来改善粉末流 Ｆ ｉ １０ Ｖａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｍａｘ ｉｍｕｍｐｏｗｄｅ ｒｃ ｏｎｃ ｅｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄ ｇ． 的汇聚特性。 ｆ ｏ ｃ ａ ｌｄ ｉ ｓ ｔ ａｎｃ ｅｗｉ ｔ ｈｐｏｗｄｅ ｒｄｅｎｓ ｉ ｔ ｙ ３． ２． ３ 粉末密度对粉末流的影响 粉末密度对粉末汇聚浓度与汇聚焦距的影响如 ３． ２． ４ 粉末恢复系数对粉末流的影响 粉末恢复 系 数 分 别 为 ０． ９１、 ０． ９５、 ０． ９９ 的 情 况 图 １０ 所示。随着粉末密度的增加，粉末流汇聚浓度 下，粉末浓度分布情况如图 １１ 所示。不同恢复系数 逐渐上升，并且 上 升 趋 势 逐 渐 趋 缓。 粉 末 汇 聚 焦 距 下的粉末汇聚特性有很大差异，在 弹 性 系 数 为 ０． ９１ 则随着粉末密度的增加而减小。这是因为粉末流在 时粉末流的汇聚浓度是弹性系数为 ０． ９９ 的 ２ 倍，粉 从同轴喷嘴的粉末环腔喷出后，密度越大，因而惯性 末汇聚焦距也从 ７． ４ｍｍ 减小到 ４． ５ｍｍ，显然弹性 大，粉末颗粒沿 环 腔 锥 角 方 向 飞 行 的 能 力 越 强。 根 系数较小的粉末 其 汇 聚 特 性 更 好。 图 １２ 显 示 了 弹 据同轴喷嘴的结构参 数 （如 表 １ 所 示），环 腔 锥 角 沿 性系数为 ０． ９１ 与 ０． ９９ 的 两 种 情 况 下，从 同 轴 喷 嘴 线的交点在喷嘴下方 ６． ８ｍｍ 处。所以随 着 密度 增 粉末入口处某一点进入的粉末颗粒在随机轨道模型 大到 １４５００ｋｇ／ｍ ，粉 末 汇 聚 焦 点 沿 喷 嘴 轴 线 逐 渐 下计算出的 ６００ 条 飞 行 轨 迹，可 见 弹 性 系 数 较 小 的 上移到距离喷 嘴 ９． ９ ｍｍ 处。 同 时，在 单 位 时 间 内 粉末颗粒在粉末环 腔 中 经 过 多 次 反 弹 作 用 后，其 动 进入强气流区域汇 聚 的 颗 粒 数 目 增 多，所 以 汇 聚 浓 量损失较大，在同 轴 喷 嘴 出 口 处 的 速 度 方 向 性 较 为 度也升高。但密度 大 的 粉 末 颗 粒，中 路 强 气 流 对 其 集中，径向速度分量也较小，颗粒飞行轨迹在喷嘴下 形成汇聚焦深的作用也就越小，粉末颗粒飞行至会 方较为相近，所以 粉 末 流 的 汇 聚 浓 度 与 汇 聚 焦 距 都 ３ 比较大。 图 １１ 不同恢复系数下的粉末浓度分布。（ ａ）沿喷嘴出口中轴线方向；（ ｂ）沿汇聚平面上的轴线方向 Ｆ ｉ １１ Ｐｏｗｄ ｅ ｒｃ ｏｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎｗ ｉ ｔ ｈｖ ａ ｒ ｉ ｏｕ ｓｒ ｅ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｉ ｏｎｃ ｏ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｓ．（ ａ）Ａｌ ｏｎｇｎｏ ｚ ｚ ｌ ｅａ ｘ ｉ ｓ；（ ｂ）ａ ｌ ｏｎｇｒ ａ ｄ ｉ ａ ｌａ ｘ ｉ ｓｉ ｎｆ ｏ ｃ ａ ｌｐ ｌ ａ ｎ ｅ ｇ． ０５０３００８ ７ 中 国 激 光 图 １２ 不同恢复系数下的粉末颗粒飞行轨迹 Ｆ ｉ １２ Ｔｒ ａ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｆｐｏｗｄｅ ｒｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓｗｉ ｔ ｈｔｗｏｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｒ ｅ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｉ ｏｎｃ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔ ｓ ｇ． ｊ ｙｏ 综上所述，气 流 场 对 粉 末 的 汇 聚 作 用 有 重 要 的 撞、送粉气流场 与 重 力 所 决 定。 不 同 性 质 的 粉 末 受 影响，粉末粒径越小、形状越不规则以及密度越小的 到这三者的作用程 度 不 同，所 以 粉 末 流 表 现 出 不 同 粉末颗粒的飞行轨迹与气流场的迹线越相近。由于 的汇聚特性。在同 轴 送 粉 激 光 熔 覆 中，应 根 据 粉 末 气流场主要由载粉气流量和内外环保护气流量等送 性质，合理地优化送粉工艺参数，以提高粉末流的汇 粉工艺参数决定，所以应根据不同粉末材料的粒径、 聚性与粉末利用率。 形状、密度及恢复 系 数，合 理 地 设 定 送 粉 工 艺 参 数， 使喷嘴下形成的气流场利于特定粉末流的汇聚。 ５ 结 参 论 采用离散相模型建立了同轴送粉粉末流数值计 算模型，对 比 了 ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ、 ＺｒＯ２ 和 Ｗ 粉 三 种 典 型粉末流的模拟计 算 结 果 和 实 验 结 果，两 者 趋 势 一 致，说明了模型 具 备 合 理 性 和 可 靠 性。 研 究 了 粉 末 的粒径、形状、密度和恢复系数对粉末流汇聚的影响 规律。在特定的内 环 保 护 气 流 量、载 粉 气 流 量 以 及 外环保护气流量条件下，随着粉末粒径增大，粉末汇 聚焦距减小，汇 聚 浓 度 先 增 大 后 减 小，粉 末 粒 径 在 ２７０ 目时 ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ 粉末汇聚特 性 最 好；粉 末 形 状 系数从０． ３～１． ０ 的 变 化 过 程 中，汇 聚 浓 度 增 大，其 中在形状系数为 ０． ３ 到 ０． ５ 间 的 增 幅 最 大，粉 末 汇 聚焦距则从 １６． ０ ｍｍ 下 降 到 ４． ４ ｍｍ；随 着 粉 末 密 度的增大，汇聚浓度增大，粉末汇聚焦点沿喷嘴轴线 逐渐上移到距离喷嘴 ９． ９ ｍｍ 处；弹 性 系 数 为 ０． ９１ 的粉末流的汇聚浓度是弹性系数为 ０． ９９ 的 ２ 倍，汇 聚焦距也从 ７． ４ ｍｍ 减 小 到 ４． ５ ｍｍ。 在 送 粉 过 程 中，粉末颗粒的飞 行 轨 迹 主 要 由 喷 嘴 腔 壁 面 上 的 碰 考 文 献 １Ｌ． Ｄｕｂｏｕｒ ｃｈａｍｂｅ ａｕ ｌ ｔ． Ｔｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇ ｉ ｃ ａ ｌ ａｎｄ ｓ ｃ ｉ ｅｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ｇ， Ｊ． Ａｒ ｌ ａｎｄｓ ｃ ａｐｅｏ ｆｌ ａ ｓ ｅ ｒｃ ｌ ａｄｄ ｉ ｎｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓｉ ｎ ２００７ ［ Ｊ］．犛狌狉犳犪 犮 犲牔 ２４）：５８６３～５８６９ 犆狅犪 狋 犻 狀犵狊犜犲 犮犺狀狅 犾 狅犵狔，２００８，２０２（ ２ Ｈｕａｎｇ Ｙｏｎｇ ｕｎ．Ｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｏ ｆｄ ｉ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎ ｉ ｎｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｊ Ｊ］．犗狆狋．牔 犔犪 ｉ ｎｄｕｃ ｔ ｉ ｏｎｈｙｂｒ ｉ ｄｃ ｌ ａｄｄ ｉ ｎｇ ［ 狊 犲 狉 犜犲 犮犺狀狅 犾．，２０１１， ４３（ ５）：９６５～９７３ ３Ｅｈｓ ａｎ Ｔｏｙｓ ｅ ｒｋａｎ ｉ， Ａｍｉ ｒ Ｋｈａ ｅｐｏｕｒ， Ｓ ｔ ｅｐｈｅｎ Ｃｏ ｒ ｂ ｉ ｎ． Ｌａ ｓ ｅ ｒ ｊ Ｃ ｌ ａｄｄ ｉ ｎｇ ［Ｍ］．Ｆ ｌ ｏ ｒ ｉ ｄａ：ＣＲＣＰｒ ｅ ｓ ｓ，２００５．１～４０ ｃｈｅｎ， Ｆｅｎｇ Ｌ ｉｗｅ ｉ犲 ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ４Ｊ ｉ ｎ Ｘｉ ａｏ ｓｈｕ， Ｙａｎｇ Ｘｉ 狋犪 犾．． Ｎｕｍｅ ｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｏ ｆｃ ｏａｘ ｉ ａ ｌ ｐｏｗｄｅ ｒｆ ｌ ｏｗ ｗｉ ｔ ｈｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｎｇ ｇａ ｓｉ ｎｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｙ ｍａｎｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕｒ ｉ ｎｇ ［ Ｊ］．犆犺 犻 狀犲 狊 犲犑．犕犲 犮犺犪狀 犻 犮犪 犾犈狀犵犻 狀犲 犲 狋 犻 狀犵，２００７， ４３（ ５）：１６１～１６６ 靳晓曙，杨洗陈，冯立伟 等 ．激光制造中载气式同轴送粉粉末流 场的数值模拟［ Ｊ］．机械工程学报，２００７，４３（ ５）：１６１～１６６ ５Ｊ ｉ ｎＳｈａｏｗｅ ｉ，ＨｅＸｉ ｕ ｌ ｉ，ＷｕＹａｎｇ犲 ｓ ｅ ｒｐｏｗｅ ｒａ ｔ ｔ ｅｎｕａ ｔ ｉ ｏｎ 狋犪 犾．．Ｌａ Ｊ］．犆犺 ｂｙｐｏｗｄｅ ｒｆ ｌ ｏｗｉ ｎｃ ｏａｘ ｉ ａ ｌｌ ａ ｓ ｅ ｒｃ ｌ ａｄｄ ｉ ｎｇ ［ 犻 狀犲 狊 犲犑．犔犪 狊 犲 狉 狊， ２０１１，３８（ ９）：６７～７２ 靳绍巍，何秀丽，武 扬 等 ．同轴送粉激光熔覆中粉末流对光束 能量的衰减作用［ Ｊ］．中国激光，２０１１，３８（ ９）：６７～７２ ６Ｉ．Ｔａｂｅ ｒ ｎｅ ｒ ｏ，Ａ．Ｌａｍｉ ｋ ｉ ｚ，Ｓ． Ｍａ ｒ ｔ í ｎｅ ｚ犲 ｌ ｌ ｉ ｎｇ ｏ ｆ 狋犪 犾．．Ｍｏｄｅ ｅｎｅ ｒ ｔ ｔ ｅｎｕａ ｔ ｉ ｏｎ ｄｕｅ ｔ ｏ ｐｏｗｄｅ ｒｆ ｌ ｏｗ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｂｅ ａｍ ｉ ｎｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎ ｇｙ ａ ｄｕｒ ｉ ｎｇｌ ａ ｓ ｅ ｒｃ ｌ ａｄｄ ｉ ｎｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ［ Ｊ］．犑． 犕犪 狋 犲 狉 犻 犪 犾 狊 犘狉 狅 犮 犲 狊 狊 犻 狀犵 ２）：５１６～５２２ 犜犲 犮犺狀狅 犾 狅犵狔，２０１２，２１２（ ７Ａｎｄ ｒ ｅｗＪ．Ｐ ｉ ｎｋｅ ｒ ｔ ｏｎ．Ａｎａｎａ ｌ ｔ ｉ ｃ ａ ｌｍｏｄｅ ｌｏ ｆｂｅ ａｍ ａ ｔ ｔ ｅｎｕａ ｔ ｉ ｏｎ ｙ ａｎｄｐｏｗｄｅ ｒｈｅ ａ ｔ ｉ ｎｇｄｕｒ ｉ ｎｇｃ ｏａｘ ｉ ａ ｌｌ ａ ｓ ｅ ｒｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｍｅ ｔ ａ ｌｄｅｐｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏｎ ［ Ｊ］．犑．犘犺狔狊．（ ２３）：７３２３～７３３４ 犇），２００７，４０（ ８Ｌｕ Ｑｉ ａｏｐａｎ， Ｚｈａｎｇ Ａｎ ｆ ｅｎｇ， Ｌ ｉ Ｄｉ ｃｈｅｎ 犲 ｒ ｉ ｃ ａ ｌ 狋犪 犾．． Ｎｕｍｅ ｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔ ａ ｌｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈ ｏｎ ｇａ ｓ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｒｃ ｏａｘ ｉ ａ ｌ ０５０３００８ ８ 刘 昊等： 粉末性质对同轴送粉激光熔覆中粉末流场的影响规律 ｒ ｎｏ ｚ ｚ ｌ ｅ ［Ｊ］． 犆犺 犻 狀犲 狊 犲 犑． 犔犪 狊 犲 狉 狊， ２０１０， ３７ （１２ ）： ｐｏｗｄｅ ３１６２～３１６７ 路桥潘，张安峰，李涤尘 等 ．载气式同轴送粉喷嘴的数值模拟及 实验研究［ Ｊ］．中国激光，２０１０，３７（ １２）：３１６２～３１６７ ｆ ｅｎｇ，Ｌ ｉＤｉ ｃｈｅｎ犲 Ｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅｎｃ ｅｏ ｆｔ ｈｒ ｅ ｅ ｒ ｏｕ ｔ ｅ ９Ｆｕ Ｗｅ ｉ，ＺｈａｎｇＡｎ 狋犪 犾．． ｓｆ ｌ ｏｗｓ ｏｎ ｐｏｗｄｅ ｒｃ ｏｎｖｅ ｒ ｉ ｎｇ ｂｅｈａｖ ｉ ｏ ｒｉ ｎｃ ｏａｘ ｉ ａ ｌ ｐｏｗｄｅ ｒ ｇａ ｇ ｆ ｅ ｅｄ ｉ ｎｇ ｎｏ ｚ ｚ ｌ ｅ ｓ ［ Ｊ］．犆犺 犻 狀犪 犕犲 犮犺犪狀 犻 犮犪 犾 犈狀犵犻 狀犲 犲 狉 犻 狀犵，２０１１， ２２（ ２）：２２０～２２６ 付 伟，张安峰，李涤尘 等 ．同轴送粉喷嘴三路气流对粉末汇聚 特性的影响［ Ｊ］．中国机械工程，２０１１，２２（ ２）：２２０～２２６ ｉＤｉ ｃｈｅｎ，Ｚｈａｎｇ Ａｎ ｆ ｅｎｇ犲 ｎ ｆ ｌ ｕｅｎｃ ｅｏ ｆ １０Ｚｈｕ Ｇａｎｇｘ ｉ ａｎ，Ｌ 狋犪 犾．．Ｉ ｄｅｐｏ ｓ ｉ ｔ ｅｄｌ ａｙｅ ｒ ′ ｓｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕｒ ｅｏｎｆ ｌ ｏｗｆ ｉ ｅ ｌ ｄｏ ｆｃ ｏａｘ ｉ ａ ｌｐｏｗｄｅ ｒｆ ｅ ｅｄ ｉ ｎｇ ｎｏ ｚ ｚ ｌ ｅ［ Ｊ］．犆犺 ６）：１６３６～１６４２ 犻 狀犲 狊 犲犑．犔犪 狊 犲 狉 狊，２０１０，３７（ 朱刚贤，李涤尘，张安峰 等 ．沉积层结构对同轴送粉喷嘴粉末流 场的影响规律［ Ｊ］．中国激光，２０１０，３７（ ６）：１６３６～１６４２ １１Ｓｒ ｄ ａＺｅｋｏｖ ｉ，Ｒａ ｅ ｅｖ Ｄｗｉ ｖｅｄ ｉ，Ｒａｄｏｖａｎ Ｋｏｖａ ｃ ｅｖ ｉ ｃ．Ｎｕｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｊ ｊ ｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔ ａ ｌｉ ｎｖｅ ｓ ｉ ｔ ｔ ｉ ｏｎ ｏ ｆ ｇａ ｓ ｒｆ ｌ ｏｗ ｇａ ｐｏｗｄｅ ｆ ｒ ｏｍ ｒ ａｄ ｉ ａ ｌ ｌ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｎｏ ｚ ｚ ｌ ｅ ｓｉ ｎｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｂａ ｓ ｅｄ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｙｓ ｙｍｍｅ Ｊ］． ｄｅｐｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏｎ ［ 犐 狀 狋 犲 狉狀犪 狋 犻 狅狀犪 犾犑．犕犪犮犺 犻 狀犲犜狅狅 犾 狊牔 犕犪狀狌犳犪犮 狋 狌狉 犲， ２００７，４７（ １）：１１２～１２３ ｉ ｎｇ， Ｗｅｎ Ｒｕ ｕｎ 犲 ｒ ｉ ｃ ａ ｌ １２Ｔａｎ Ｈｕａ， Ｚｈａｎｇ Ｆｅｎｇｙ 狋犪 犾．． Ｎｕｍｅ ｊ ｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｐｏｗｄｅ ｒｆ ｅ ｅｄｏ ｆｌ ａ ｓ ｅ ｒｓ ｏ ｌ ｉ ｄｆ ｏ ｒｍｉ ｎｇ ［ Ｊ］．犆犺 犻 狀犲 狊 犲犑． １０）：４６～５３ 犔犪 狊 犲 狉 狊，２０１１，３８（ 谭 华，张凤英，温如军 等 ．激光立体成形粉末流输送的数值模 拟研究［ Ｊ］．中国激光，２０１１，３８（ １０）：４６～５３ ｔ ｔ Ｐｅ ｒ ｒ ｃ ｅｖ ｉ ｃ Ｒａｄｏｖａｎ．Ｐａ ｒ ａｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ １３Ｂａ ｌ ｕ Ｐｒ ａｂｕ， Ｌｅｇｇｅ ｙ， Ｋｏｖａ ｓ ｔ ｕｄｙ ｏｎ ａ ｃ ｏａｘ ｉ ａ ｌ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｐｏｗｄｅ ｒｆ ｌ ｏｗ ｉ ｎｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｂａ ｓ ｅｄ ｒ ｄｅｐｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ［Ｊ］． 犑． 犕犪 狋 犲 狉 犻 犪 犾 狊 犘狉 狅 犮 犲 狊 狊 犻 狀犵 ｐｏｗｄｅ ７）：１５９８～１６１０ 犜犲 犮犺狀狅 犾 狅犵狔，２０１２，２１２（ １４ Ｗｕ Ｙａｎｇ． Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕｒ ｅａｎｄ Ｐｒ ｏｐｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓｏ ｆ Ｒｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｌ ｏｙ ｙ Ａｌ Ｃｏａ ｔ ｉ ｎｇｓｂｙＬａ ｓ ｅ ｒＣ ｌ ａｄｄ ｉ ｎｇＴｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇｙ ［ Ｄ］．Ｂｅ ｉ ｉ ｎｇ：Ｉ ｎｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅｏ ｆ ｊ ｉ ｎｅ ｓ ｅＡｃ ａｄｅｍｙｏ ｆＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ ｓ，２０１１．１３～１８ Ｍｅ ｃｈａｎ ｉ ｃ ｓ，Ｃｈ 武 扬 ．难熔金属 激 光 熔 覆 工 艺 及 涂 层 组 织 性 能 研 究 ［ Ｄ］．北 京：中国科学院力学研究所，２０１１．１３～１８ １５Ｉ．Ｔａｂｅ ｒ ｎｅ ｒ ｏ，Ａ．Ｌａｍｉ ｋ ｉ ｚ，Ｅ．Ｕｋａ ｒ犲 ｒ ｉ ｃ ａ ｌｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ 狋犪 犾．．Ｎｕｍｅ ａｎｄｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔ ａ ｌｖａ ｌ ｉ ｄａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｐｏｗｄｅ ｒｆ ｌ ｕｘｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂｕ ｔ ｉ ｏｎｉ ｎｃ ｏａｘ ｉ ａ ｌ Ｊ］．犑．犕犪 ｌ ａ ｓ ｅ ｒｃ ｌ ａｄｄ ｉ ｎｇ ［ 狋 犲 狉 犻 犪 犾 狊犘狉 狅 犮 犲 狊 狊 犻 狀犵 犜犲 犮犺狀狅 犾 狅犵狔，２０１０， ２１０（ １５）：２１２５～２１３４ ｉ ｅ ｌ．Ｄｒ ａｇｃ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔａｎｄｔ ｅ ｒｍｉ ｎａ ｌｖｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ １６Ａ．Ｈａ ｉ ｄｅ ｒ，Ｏ．Ｌｅｖｅｎｓｐ ｙ Ｊ］．犘狅狑犱犲 ｏ ｆｓｐｈｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌａｎｄｎｏｎｓｐｈｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ［ 狉犜犲 犮犺狀狅 犾 狅犵狔， １９８９，５８（ １）：６３～７０ ａｏ ｕｎ， Ｘｕ Ｊ ｉ ａｎ 犲 ｔ ａ ｔ ｉ ｏｎａ ｌｆ ｌ ｕ ｉ ｄ １７Ｄｕ Ｗｅ ｉ， Ｂａｏ Ｘｉ 狋犪 犾．．Ｃｏｍｐｕ ｊ ｄｙｎａｍｉ ｃ ｓ（ ＣＦＤ）ｍｏｄｅ ｌ ｉ ｎｇｏ ｆｓｐｏｕ ｔ ｅｄｂｅｄ：ｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅｎｃ ｅｏ ｆｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏｎａ ｌ ｉｍｕｍ ｐａ ｃｋ ｉ ｎｇｌ ｉｍｉ ｔａｎｄｃ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔｏ ｆｒ ｅ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｉ ｏｎ ｏ ｆ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ，ｍａｘ Ｊ］．犆犺犲犿犻 １４）： ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ［ 犮犪 犾 犈狀犵犻 狀犲 犲 狉 犻 狀犵 犛犮 犻 犲狀犮 犲，２００６，６１（ ｐａ ４５５８～４５７０ 栏目编辑：宋梅梅 ０５０３００８ ９