盧彩彬，李新梅，趙海洋

(新疆大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830047)

0 引 言

激光熔覆成形是一種集快速原型制造和激光熔覆表面改性于一體的新型先進(jìn)制造技術(shù)，因具有低熱輸入、高凝固速率、良好的冶金結(jié)合、功能梯度材料的沉積以及對均勻結(jié)構(gòu)的快速成型等特點(diǎn)，使其成為了一種獨(dú)特且廣泛應(yīng)用的熱鍍膜工藝[1]，主要并廣泛應(yīng)用于表面技術(shù)，如重要零件表面的涂層、修復(fù)和復(fù)雜形狀零件的成型等各種材料加工行業(yè)[2-4]。

近年來有不少學(xué)者對激光熔覆的數(shù)值模擬展開了研究。大多數(shù)學(xué)者通過建立溫度場、應(yīng)力場的三維有限元模型，并應(yīng)用參數(shù)化編程進(jìn)行了數(shù)值化模擬，進(jìn)而獲得激光熔覆成型過程的溫度場分布、冷卻速率和溫度梯度來反映激光熔覆的物理、動(dòng)態(tài)和冶金現(xiàn)象等過程。綜合各位學(xué)者的研究，激光熔覆過程主要分為3個(gè)階段：粉末流體動(dòng)力學(xué)、熔體池和熔覆層性能。因此，筆者綜述了粉末流動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型、熔池模型和熔覆層模型3個(gè)不同階段的數(shù)值模擬研究進(jìn)展。

在目前的研究中，大多學(xué)者采用ANSYS對激光熔覆過程進(jìn)行數(shù)值模擬，然后采用參數(shù)化設(shè)計(jì)語言(APDL)和“生與死”單元法進(jìn)行建模和編程，進(jìn)而研究高能激光熱源的運(yùn)動(dòng)和送粉條件下的瞬態(tài)溫度場分布。同時(shí)，為了提高模擬計(jì)算的精度，研究人員采用了網(wǎng)格細(xì)分技術(shù)，使熔覆層與基體界面附近的網(wǎng)格更小、更細(xì)，并用八節(jié)點(diǎn)六面體等參元對模型進(jìn)行了離散。通過數(shù)值模擬仿真，可以獲得激光熔覆成形過程的溫度場分布、冷卻速率和溫度梯度等。大多研究者研究了激光功率、掃描速度及光斑直徑等參數(shù)對熔覆層溫度梯度的變化和冷卻速率的影響，為解釋微觀組織形成機(jī)理、裂紋敏感性和參數(shù)選擇及優(yōu)化提供了理論依據(jù)。研究者通過把模擬得到的參數(shù)應(yīng)用到激光熔覆實(shí)驗(yàn)中，結(jié)合數(shù)值模擬的結(jié)果來分析熔覆層的性能。激光熔覆是粉末流動(dòng)行為、粒子與噴嘴、激光與基體的相互作用，以及傳熱和熔池特性等相互影響的復(fù)雜過程。由于實(shí)驗(yàn)操作過程并不能完全體現(xiàn)出此復(fù)雜過程，大多學(xué)者都通過建立了不同的分析模型[5-6]和數(shù)值模擬應(yīng)用于激光熔覆的3個(gè)階段。

然而，現(xiàn)階段對激光熔覆的研究在實(shí)驗(yàn)操作方面偏多[7-9]。因此，筆者主要對激光熔覆的3個(gè)階段的數(shù)值模型技術(shù)進(jìn)行總結(jié)概括。

1 粉末流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值模型發(fā)展

在大多數(shù)研究中，研究者采用不同的方法來模擬激光熔覆的運(yùn)動(dòng)、粉末流動(dòng)輪廓、粉末與激光系統(tǒng)的相互作用等，從而用來優(yōu)化工藝參數(shù)，如計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)技術(shù)、CFD-ACE、Fluent和ANSYS等軟件[10]。在較多的數(shù)值模擬研究中，粉末的形狀被設(shè)定為球形粉末。但是，球形顆粒粉末高估了粉末流動(dòng)的峰值濃度，因而，把粉末形狀設(shè)定為非球形粉末，能更好地與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合[11]。

在激光熔覆數(shù)值模擬中，許多學(xué)者也針對噴嘴與粉末的相互作用作了相關(guān)的研究。如研究了同軸進(jìn)料噴嘴的粉末流結(jié)構(gòu)的三維數(shù)值模型，和同軸噴嘴中顆粒的碰撞行為，以及粉末濃度分布的影響，得出顆粒直徑和恢復(fù)系數(shù)對噴嘴出口處的速度矢量以及噴嘴下方的粉末流收斂特性有很大影響，也證明了建立三維模型是一種優(yōu)化同軸激光熔覆粉末流的實(shí)用方法。

SRDJA等[12]在忽略了粒子碰撞、粒子與激光束的相互作用和激光衰減的基礎(chǔ)上，利用FLUENT軟件和采用徑向?qū)ΨQ噴嘴，模擬了激光熔覆H13工具鋼的三維氣-粉流動(dòng)模型；TABERNERO等[13]在不考慮粉末與噴嘴壁、激光束和基體的相互作用下，結(jié)合CFD FLUENT建立了考慮粉末進(jìn)料率和粉末粒度的通用三維模型；JUANSETHI等[14]忽略了粉料與噴嘴壁的碰撞、載氣流速、載氣種類和材料效應(yīng)，建立了考慮激光與基體相互作用的粉末流動(dòng)數(shù)值模型；KOVALEVA等[15]建立了不同軸噴嘴金屬粉末顆粒氣體射流輸送的三維物理和數(shù)學(xué)模型,用數(shù)值方法獲得了基體上的三維質(zhì)量和定量粉末流,進(jìn)而對氣粉流參數(shù)進(jìn)行了研究。

針對以上忽略噴嘴與粉末的相互作用的情況，PAN等[16]在考慮粉末與噴嘴壁相互作用的情況下，建立了三維的非球形粉末流動(dòng)的數(shù)值模型。ZHANG等[17]研究了環(huán)境壓力、真空效應(yīng)和不同載氣對粉末流動(dòng)分布的影響，并結(jié)合ANSYS建立了三維數(shù)值模型。WEN等[18]提出了一個(gè)綜合的數(shù)值模型來預(yù)測同軸粉體流動(dòng)的全過程，包括噴嘴內(nèi)和噴出后的顆粒流和激光-顆粒相互作用的過程；在考慮顆粒溫度演化的同時(shí)，通過求解顆粒與氣相耦合動(dòng)量傳遞方程，完整地模擬了多顆粒的動(dòng)力學(xué)和熱行為，該模型能夠在考慮真實(shí)粉末樣品中顆粒形貌和粒度分布的同時(shí)，預(yù)測整個(gè)過程中粉末的流場結(jié)構(gòu)和隨著液體分?jǐn)?shù)演化的多相顆粒相變過程；并在此研究基礎(chǔ)上，又提出了一種考慮激光粒子相互作用、質(zhì)量加入、傳熱、流體流動(dòng)、熔融和凝固等物理行為的同軸激光直接沉積過程的三維自洽綜合瞬態(tài)模型[19]，建立了計(jì)算區(qū)域內(nèi)不同相(氣、液、固、泥)的連續(xù)介質(zhì)模型。HAN等[20]建立了一種模擬激光熔覆過程的數(shù)學(xué)模型，包括激光-基體、激光-粉末和粉末-基體相互作用。該模型考慮了大多數(shù)相關(guān)現(xiàn)象：如熔體、凝固、蒸發(fā)、自由表面演化和噴粉等，研究了以馬朗戈尼剪切應(yīng)力和顆粒碰撞為主要驅(qū)動(dòng)力的熔池內(nèi)流體流動(dòng)，以及液-汽界面和固-液界面的能量平衡；在計(jì)算溫度分布時(shí)，將粉末加熱和粉末云引起的激光功率衰減納入模型，通過對噴粉和不噴粉兩種情況的比較，預(yù)測了噴粉對熔池形狀、熔深和流動(dòng)規(guī)律的影響，模擬了熔池的動(dòng)態(tài)行為和熔覆層的形成。

2 熔池模型的模擬發(fā)展

近年來，大多熔池模型的研究主要集中在熱傳導(dǎo)、熔池幾何形狀、熔池形狀和流體流動(dòng)速度等方面；為了對激光熔覆過程中熔池的各種現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值模擬，采用的方法有水平集成法、流體體積法、有限元法和有限差分法等，并用ANSYS、FLUENT、ANSYS-CFD、ABAQUS、COMSOL等軟件來實(shí)現(xiàn)分析。

LEE等[21]采用流體體積法對多層單軌激光加工過程中的輸運(yùn)現(xiàn)象進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，預(yù)測了連續(xù)沉積過程中，溫度和流體流動(dòng)速度分布、熔池流體邊界形狀和重熔的瞬態(tài)變化、以及凝固形成的幾何形狀。激光熔覆過程中，激光與材料相互作用會產(chǎn)生非均勻、快速的熱流，而固有地包含多尺度、高度非線性和非平衡輸運(yùn)現(xiàn)象。CAO等[22]利用相場法研究了激光熔覆過程凝固微觀結(jié)構(gòu)演化的過程模型，并對相場模型的數(shù)值解進(jìn)行了分析，研究了宏觀過程與凝固組織演化的關(guān)系，及熔體過冷和各向異性對凝固組織的影響；除此之外，采用自洽的方法建立了同軸噴粉激光熔覆過程的三維瞬態(tài)模型，模擬了熔池內(nèi)的傳熱、熔體和凝固相的變化、質(zhì)量的增加和流體的流動(dòng)等物理現(xiàn)象[23]。

也有學(xué)者采用時(shí)變有限元法對激光熔覆熔池進(jìn)行了數(shù)值模擬，用二維有限元模型計(jì)算了熔體熔池在不同熔覆時(shí)間下的稀釋度和熔池形狀[24]。YA等[25]結(jié)合粉末效率，建立了基于質(zhì)量和能量平衡的激光熔覆過程的二維熱模型，結(jié)合COMSOL MULTIPHYSICS軟件詳細(xì)分析了熔覆工藝條件對粉末效率的影響，預(yù)測了激光熔覆過程中的熔覆層幾何形狀和熱循環(huán)。

KONG等[26]通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，研究了H13工具鋼激光多層熔覆層的傳熱傳質(zhì)過程，建立了包括襯底和固化包層的固相區(qū)、熔化包層材料的液相區(qū)，和周圍空氣的氣相區(qū)等熔池內(nèi)液相溫度場和流動(dòng)速度的多相瞬態(tài)模型。KUMAR等[27]建立了三維傳熱模型，模擬了瑞利-貝納德對流作用下熔覆過程的傳熱、相變、粉末顆粒的加入和流體流動(dòng)等物理現(xiàn)象，通過改變掃描速度和馬朗格尼數(shù)，改變了熔池大小和對流強(qiáng)度，研究了對流強(qiáng)度對熔覆層幾何形狀、稀釋程度、最大和平均熔池溫度以及凝固層軌道組織形式和尺度的影響。HAO等[28]建立了Ti6Al4V合金激光熔覆溫度場的三維熱有限元模型，該模型使用逆建模方法，通過構(gòu)造一個(gè)自適應(yīng)熔覆層和移動(dòng)熱源模型，實(shí)現(xiàn)了溫度分布對不同組合的激光熔覆工藝參數(shù)。

GUO等[29]在考慮了粉末與基體之間的熱接觸電阻的情況下，模擬了移動(dòng)熱源條件下包層區(qū)域的三維熱場，建立了基于有限元法的激光熔覆層溫度場的數(shù)值模型，并利用大功率釹釔鋁石榴石激光器，在鎂合金上對Al-12%Si合金的激光熔覆進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。LEI等[30]建立了Ti6Al4V合金高功率激光熔覆TiC/NiCrBSiC復(fù)合涂層的三維模型，研究了基體的溫度分布、不同節(jié)點(diǎn)上的溫度曲線、熔融區(qū)、熔池和熱影響區(qū)的三維形狀和尺寸。MICHAEL等[31]提出并驗(yàn)證了將熱對流引入激光熔覆有限元分析的綜合方法，研究了有限元對流模型中考慮網(wǎng)格表面演化的必要性。

2.1 激光熱源的模擬發(fā)展

在已經(jīng)比較成熟的熱模型研究中，模擬熔池溫度分布一般都先確定激光熱源，而激光熱源主要分為脈沖和連續(xù)熱源兩種形式。大多文獻(xiàn)中主要采用高斯熱源[32]。因考慮到激光光源的束徑、波長、模型和聚焦長度等物理特性，進(jìn)而采用Tailor熱源，可在熔覆層和基體之間產(chǎn)生高能量，并以熱傳導(dǎo)和輻射為邊界條件，預(yù)測瞬態(tài)溫度分布。

LEI等[33]利用工業(yè)有限元分析軟件，以TiC、NiCrBSiC合金和Ti6Al4V合金為試樣材料，建立了一種新的三維模型，來模擬Ti6Al4V合金表面的高功率激光包覆TiC/NiCrBSiC復(fù)合涂層；通過計(jì)算得到了不同入射激光功率下基體的稀釋率、熔池和熱影響區(qū)，并與涂層的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較。為了對激光熱源做進(jìn)一步的改進(jìn)，TSENG等[34]在綜合考慮了光束的波長、光束半徑和聚焦條件等基礎(chǔ)上，提出了一種激光熔覆過程有限元分析的激光熱源模型，并將該模型集成到一個(gè)SYSWELD包中，預(yù)測了預(yù)置鈷粉層激光熔覆過程中的溫度分布和熔覆層形貌；其通過改變瞬變電磁法模式、聚焦條件、波長和掃描速度，對熔覆工藝參數(shù)進(jìn)行了評價(jià)，建立了單模和自適應(yīng)多模溫度混合激光束的仿真模型。

EHSAN等[35]利用生死單元技術(shù)建立了有限元模型來模擬溫度分布，能夠預(yù)測不同激光功率、掃描速度和粉末進(jìn)給速度下的溫度分布。PARISA等[36]建立了一種可以計(jì)算隨預(yù)熱溫度變化的冷卻速率模型。ZHU等[37]模擬了生物陶瓷涂層在不同條件下的激光熔覆溫度場，并對工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。NIE等[38]基于歐拉模型建立了載氣和載粉兩相流動(dòng)方程，研究了噴嘴噴粉流濃度場的數(shù)值模擬；利用Fluent6.0軟件對粉體流中濃度場進(jìn)行了計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬，并結(jié)合數(shù)字粒子圖像測速技術(shù)(DPIV)，對氣體、粉體流的濃度場進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了二維濃度場圖及其參數(shù)，并得到了與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合的結(jié)果。

2.2 熔池幾何模型的模擬發(fā)展

大多文獻(xiàn)中，常從熔池的溫度分布曲線和熔池形狀的解析函數(shù)[39-41]來預(yù)測熔池的幾何形狀。影響熔池幾何形狀的參數(shù)有激光粉末的相互作用、激光功率、粉末進(jìn)給速度和激光掃描速度。

KNUT等[42]研究了激光功率和集粉效率等參數(shù)對高速激光熔覆的影響，預(yù)測了熔池的幾何形狀，隨著粉末集粉效率的增加，改變了導(dǎo)熱過程，從而改變了熔池的形狀。NAVID等[43]利用穩(wěn)態(tài)熱分析方法建立了穩(wěn)態(tài)熱循環(huán)模型，但忽略了流體流動(dòng)對溫度分布的影響。MASOOMI等[44]利用多道激光系統(tǒng)建立了熱模型，但沒有考慮液體和固體的潤濕行為及固相成核和孔隙的生成。上述研究沒有考慮流體流動(dòng)、材料間的相互反應(yīng)和相變，及熔化潛熱對熔覆過程的影響，但這些因素在整個(gè)數(shù)值模擬過程中起著重要的作用。

為此，HOADLEY等[45]在軟鋼表面熔覆鈷基合金研究中，建立了同時(shí)考慮激光功率和激光掃描速度的熱模型。CHEIKH等[46]通過采用Heaviside函數(shù)計(jì)算材料性能，建立了熔池幾何形狀的熱模型。NIE等[47]預(yù)測了瞬態(tài)溫度分布計(jì)算熱循環(huán)熱模型并考慮了液態(tài)金屬對流的影響?；谝陨夏Ｐ偷陌l(fā)展，業(yè)界逐漸提出了一種考慮粉體流密度和粉體效率的熱模型分布，用于預(yù)測熔覆層的幾何形狀；同時(shí)，提出了可以用拋物線形狀函數(shù)計(jì)算熔覆層的幾何形狀的方法。

HOFMAN等[48]通過描述物理效應(yīng)的平衡方程的數(shù)學(xué)變換，建立了激光熔覆層幾何形狀和稀釋度的確定模型，并對熔覆速度、激光功率分布和襯底溫度的不同組合進(jìn)行了仿真，得出結(jié)論：熔池寬度與稀釋度呈高度相關(guān)，且?guī)缀醪皇芄に囋O(shè)置和襯底溫度的影響，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較具有較高的一致性。PALUMBO等[49]建立了用來分析熱循環(huán)、稀釋度的變化和熔池形狀的熱模型和力學(xué)模型；通過三維形變場有限元模型和力學(xué)有限元模型，分析了激光熔覆的溫度分布和激光熔覆結(jié)束時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變分布，并利用所測得的熔覆層形貌和熔池尺寸對熱鐵模型進(jìn)行了標(biāo)定。KIM等[50]采用一個(gè)時(shí)間相關(guān)的三維熱-力學(xué)有限元模型，來模擬激光熔覆下的溫度場、熔池形狀和橫向截面上的稀釋(模型沒有考慮橫截面外的熱流)，并采用自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)，避免了熔覆層形狀變化引起的單元變形過大問題，實(shí)現(xiàn)了熱-應(yīng)力的順序耦合分析；另外還研究了傳熱機(jī)理和應(yīng)力分布。

3 熔覆層的模擬發(fā)展

熔覆層方面的模擬研究主要集中于熔覆層相變、組織、硬度、殘余應(yīng)力等性能的模擬?；贙urz-Fisher和Trivedi理論[51]，研究者模擬了樹枝狀組織的凝固過程，結(jié)果表明：隨著冷卻速率的增加，凝固速率逐漸增大，直至達(dá)到臨界值；超過冷卻速率的臨界值后，由于原子不能擴(kuò)散，原子核的生長受到阻礙，即使在較高的冷卻速率下，核的生長也會變慢。

TRICARICO等[52]通過使用FORTRAN子程序，將熱負(fù)荷和表面熱流分配給被激活的包層單元，作為節(jié)點(diǎn)到激光高斯能量分布中心的距離的函數(shù)，對激光熔覆過程進(jìn)行了連續(xù)耦合熱應(yīng)力分析，模擬了穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)過程中發(fā)生在熔覆層與基體界面的復(fù)雜熱相互作用。HUANG等[53]提出了一種新的熔覆層演化預(yù)測模型，并采用朗伯-比爾定理和米氏理論對熔覆層與激光的相互作用進(jìn)行了研究；采用連續(xù)介質(zhì)模型和焓-孔隙度法和PHOENICS軟件，對固液兩相體系中的流體流動(dòng)和熱傳遞進(jìn)行了數(shù)值模擬；完成了對鋼表面鎢鉻鈷合金包層的數(shù)值計(jì)算，所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合。

4 模型分析

基于以上3種模型，筆者下面主要從模型的適用性、輸入輸出參數(shù)及輸出精度幾個(gè)方面進(jìn)行比較分析。

4.1 適用性分析

賈文鵬等[54]通過建立激光熔覆過程中保護(hù)氣與粉末流、熔池與粉末的交互作用以及溫度場的復(fù)合模型，不僅實(shí)現(xiàn)了熔池的動(dòng)態(tài)模擬，還結(jié)合Lagranigan粒子追蹤模型實(shí)現(xiàn)了對粉末顆粒的跟蹤。黃銘[55]通過數(shù)值模擬研究凹陷、結(jié)疤、夾雜等缺陷對熔覆層的影響，根據(jù)這些缺陷對熔覆層溫度場的影響，實(shí)現(xiàn)了對熔覆層表面宏觀缺陷的在線的檢測。張安峰等[56]應(yīng)用粉末流體模型，計(jì)算了粉末流體的流場濃度分布規(guī)律及匯聚特性，驗(yàn)證了同軸送粉噴嘴的焦點(diǎn)濃度近似地服從高斯分布，并選出了最優(yōu)參數(shù)，為同軸送粉噴嘴的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了參考。

4.2 參數(shù)分析

綜上所述，研究人員所建立的激光熔覆熔池二維模型是在假定熔覆層自由表面始末兩點(diǎn)位置為輸入?yún)?shù)的基礎(chǔ)上，迭代計(jì)算出了熔覆層自由表面形狀，通過三維模型研究了激光功率、掃描速度、粉末沉積速率、Marangoni數(shù)，在改變?nèi)鄢爻叽绾蛯α鲝?qiáng)度等輸入?yún)?shù)的情況下，對輸出參數(shù)(如熔覆層幾何結(jié)構(gòu)、稀釋率、熔池最高和平均溫度)及熔覆層凝固軌跡的組織形式和尺度的影響。

HUANG[57]在考慮激光功率、激光半徑、螺旋掃掠角、顆粒半徑、顆粒密度、掃描速度等輸入?yún)?shù)的同時(shí)，將粉末顆粒的溫度分布和激光光斑在工件表面的能量分布作為輸入數(shù)據(jù)，利用建立的熔池模型，計(jì)算輸出了不同螺旋掃掠角下的工件表面激光強(qiáng)度和粒子溫度的分布等參數(shù)；根據(jù)4.1中所述的模型，通過實(shí)驗(yàn)選擇出了激光功率、預(yù)置粉末厚度、掃描速度等工藝參數(shù)，進(jìn)而在模型中加入了邊界條件、熱源等輸入?yún)?shù)，再通過模擬計(jì)算得到了熔池的溫度分布規(guī)律、冷卻速度、溫度梯度等參數(shù)，進(jìn)而分析了熔池凝固過程的組織形成，再通過材料分析方法檢測了熔覆層的性能。

4.3 精度分析

根據(jù)以上學(xué)者的研究可知，激光熔覆過程輸出的精度主要體現(xiàn)在熔覆層組織及其性能方面，故應(yīng)通過選擇優(yōu)化適宜的工藝參數(shù)，確保熔覆層的溫度梯度、冷卻速度等輸出參數(shù)的精確性，以達(dá)到提高熔覆層性能的工藝要求。

以上研究表明：粉末在表面的具體分布很難用任何精度來確定，因而采用熔覆層橫向?qū)挾鹊姆勰┏练e速率來闡述熔覆層的質(zhì)量平衡。當(dāng)Marangoni系數(shù)為正時(shí)，熔覆層橫截面底部的組織細(xì)??；反之為負(fù)時(shí)，稀釋率隨Marangoni數(shù)增大而減小。因熔覆層橫截面頂部的組織細(xì)小，掃描速度較高時(shí)容易形成細(xì)小的凝固組織；激光功率過高，熔覆層的孔隙率會增大，甚至?xí)?dǎo)致變形嚴(yán)重或開裂；激光功率過低，熔覆層材料不能完全融化，降低了結(jié)合強(qiáng)度及熔覆層性能[58]。同理，當(dāng)預(yù)置層厚度偏低時(shí)，熔覆層易出現(xiàn)氣孔和粗糙不平等現(xiàn)象；反之，預(yù)置厚度過高，熔覆層成型差，易出現(xiàn)局部未熔透或裂紋等情況。在以上兩者參數(shù)不變的情況下，激光掃描速度過大，熔覆層會出現(xiàn)未熔透、速度過小等問題，并會導(dǎo)致熔覆層出現(xiàn)裂紋。因此，選擇合適的工藝參數(shù)是確保輸出性能良好的基本條件。

5 結(jié)束語

圍繞國外學(xué)者對激光熔覆過程各個(gè)階段的數(shù)值模擬，筆者綜述了激光熔覆過程中，粉末流體動(dòng)力學(xué)模型、熔池模型和熔覆層模型的數(shù)值模擬，分析了其工藝參數(shù)、粉末流動(dòng)行為、粒子與噴嘴、激光與基體的相互作用，及傳熱和熔池特性等對激光熔覆各個(gè)階段模型的影響，主要結(jié)論如下：

(1)與傳統(tǒng)工藝相比，激光熔覆工藝雖然適用于多種材料，但不同的材料具有不同的流動(dòng)特性，因此在流體運(yùn)動(dòng)方面的研究還有所欠缺，對微觀組織結(jié)構(gòu)及生長規(guī)律方面的模擬研究也不夠成熟；

(2)考慮各階段和各工藝參數(shù)的完整模型及綜合性因素，由于程序和非穩(wěn)態(tài)問題的復(fù)雜性，導(dǎo)致目前的模擬狀態(tài)與實(shí)驗(yàn)中真實(shí)狀態(tài)還有一定的差距；

(3)相對粉末流體動(dòng)力學(xué)模型和熔池階段的模型，熔覆層階段的建模不夠完善，在現(xiàn)有的研究中，對同軸送粉系統(tǒng)的建模研究較多，而對預(yù)置粉末系統(tǒng)的建模研究還比較少；

(4)可通過數(shù)值模擬過程，研究凹陷、結(jié)疤、夾雜等缺陷對熔覆層及其質(zhì)量的在線檢測。