Kopplungsmodell und numerische Berechnungsmethode von Schlüsselloch und Schmelzbad

Dieses Kapitel stellt ein selbstkonsistentes Modell der gekoppelten Schlüsselloch- und Schmelzpool-Dynamik und dessen numerische Implementierung für das Schlüsselloch-Modus-Laserschweißen vor. Ein selbstkonsistentes Wärmequellenmodell, das von den transienten dreidimensionalen Schlüssellochprofilen abhängt, wird unter Verwendung des Strahlenverfolgungsalgorithmus vorgestellt. Die Regierungsgleichungen für den dreidimensionalen transienten Wärmeübergang und die Flüssigkeitsströmung des Schmelzpools und die Verfolgung der freien Schlüssellochoberfläche werden im Detail gegeben. Die diskontinuierlichen Randbedingungen der thermokapillaren Kraft, der Oberflächenspannung und des Rückstoßdrucks an der Schnittstelle zwischen Schlüsselloch und Schmelzpool werden auf der Grundlage der Annahmen der inkompressiblen viskosen Strömung abgeleitet. Numerische Implementierungen dieses selbstkonsistenten Modells werden ebenfalls vorgestellt.