与连续激光熔化沉积相比,脉冲激光具有较高的冷却速率、较低的热累积和更好的机械性能等优点。然而,脉冲激光对熔池流动行为、液/气界面波动、温度分布以及表面质量的影响尚不清楚,有关液/气界面波动的研究鲜有报道。因此深入了解不同工艺参数下的熔池流动性行为,对研究熔池液/气界面演化、改善表面质量以及合理脉冲工艺参数选择具有重要意义。本文基于Fluent针对熔池瞬态运动和传热传质建立了三维对称数值模型,分析不同工艺参数下熔池液/气界面演变过程以及流动行为,建立流动、温度与熔池尺寸、表面质量之间的关系。具体研究内容及成果如下:研究不同激光模式熔池的流动行为以及熔池液/气界面的演变过程,对比熔池尺寸、表面最大流速以及最高温度的差异。研究发现脉冲模式加大了熔池液/气界面的波动,有效地增强了熔池中粉末颗粒的混合和熔化,稳定后脉冲模式的最大波动差值为连续模式的1.8倍。同时脉冲模式避免了沉积过程中过熔现象的产生。改变频率和占空比,研究脉冲激光熔化沉积熔池形成过程、液/气界面波动规律以及表面流速变化趋势。液/气界面波动随频率的增大先增大后减小,随占空比的增大先增大后减小。脉冲模式每周期熔池最终都会形成两个环形对流圈,最大流速位于液/气界面与熔池边缘的交界处,表面最大流速与频率成反比,与占空比成正比。研究熔池温度、表面张力对尺寸和稀释率的影响,分析不同频率、占空比下沉积层表面固定点温度变化以及熔池动态温度变化特征变化趋势,明确合理稀释率下的频率以及占空比范围。研究发现沉积层高度的变化趋势对应熔池的热累积变化趋势,沉积层宽度和渗透深度由热影响区大小决定。超过50Hz会导致沉积层和基体的冶金结合较差,占空比大于4:1会加大过熔现象产生的概率,影响基体的性能。研究表面质量与熔池液/气界面波动及表面流动关系,分析熔渣运动,明确沉积层表面熔体流动特征和脉冲激光熔化沉积界面形态。熔池表面液态金属与熔渣颗粒在表面张力的驱动下呈放射状向四周流动,同时液/气界面的波动能较好的平衡未熔化的熔渣颗粒。加工件表面Ra平均值变化趋势与液/气界面的波动变化趋势相同,液/气界面波动较大的,表面质量相对较好。