Contents
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4.3.1 Interfacial Force and Multiple Reflections
and Absorptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.3.2 Thermophysical Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
4.3.3 Welding Process Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
4.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5 Dynamic Behaviors of Metal Vapor/Plasma Plume Inside
Transient Keyhole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
5.2 Dynamic Model of Metal Vapor/Plasma in Transient Keyhole . . . . . 142
5.2.1 Governing Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
5.2.2 Boundary Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
5.3 Dynamics of Metal Vapor/Plasma in Transient Keyhole . . . . . . . . . . 149
5.3.1 Uneven Distribution and High Transient . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.3.2 Multi-directional Flow Behavior in the Keyhole . . . . . . . . . . 158
5.3.3 Violent Oscillation and Swinging Behavior . . . . . . . . . . . . . . 158
5.3.4 Compressibility at Local Evaporation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
5.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
6 Behaviors of Keyhole and Weld Pool Under the Effect
of Side-Blown Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6.2 Flow Field of Side-Blown Shielding Gas (for Titanium Alloy) . . . . 166
6.3 Behaviors of Keyhole and Weld Pool Under the Effect
of Side-Blown Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
6.3.1 Deformation of Weld Pool Surface Under the Effect
of Side-Blown Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
6.3.2 Behaviors of the Keyhole and Weld Pool
Under the Combined Effects of Metallic Vapors
and Side-Blown Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
6.4 Influences of Side-Blown Gas on the Stability of the Keyhole
and Weld Pool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
6.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
7 Keyhole and Weld Pool Dynamics in Dual-Beam Laser Welding . . . . 183
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
7.2 Transient Coupling Model of Keyhole and Weld Pool
in Dual-Beam Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
7.2.1 Control Equation of Transient Coupling Model . . . . . . . . . . . 184
7.2.2 Boundary Conditions of Transient Coupling Model . . . . . . . 187
7.3 Coupling Behavior of Keyhole and Weld Pool in Dual-Beam
Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
7.3.1 Evolution Behavior of Dynamic Keyhole in Welding . . . . . . 188
7.3.2 Flow Behavior of Moving Weld Pool in Welding . . . . . . . . . 193
7.4 Mechanism and Influencing Factors of Stability of Dual-Beam
Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
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4.3.1 Interfacial Force and Multiple Reflections
and Absorptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.3.2 Thermophysical Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
4.3.3 Welding Process Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
4.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5 Dynamic Behaviors of Metal Vapor/Plasma Plume Inside
Transient Keyhole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
5.2 Dynamic Model of Metal Vapor/Plasma in Transient Keyhole . . . . . 142
5.2.1 Governing Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
5.2.2 Boundary Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
5.3 Dynamics of Metal Vapor/Plasma in Transient Keyhole . . . . . . . . . . 149
5.3.1 Uneven Distribution and High Transient . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.3.2 Multi-directional Flow Behavior in the Keyhole . . . . . . . . . . 158
5.3.3 Violent Oscillation and Swinging Behavior . . . . . . . . . . . . . . 158
5.3.4 Compressibility at Local Evaporation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
5.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
6 Behaviors of Keyhole and Weld Pool Under the Effect
of Side-Blown Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6.2 Flow Field of Side-Blown Shielding Gas (for Titanium Alloy) . . . . 166
6.3 Behaviors of Keyhole and Weld Pool Under the Effect
of Side-Blown Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
6.3.1 Deformation of Weld Pool Surface Under the Effect
of Side-Blown Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
6.3.2 Behaviors of the Keyhole and Weld Pool
Under the Combined Effects of Metallic Vapors
and Side-Blown Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
6.4 Influences of Side-Blown Gas on the Stability of the Keyhole
and Weld Pool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
6.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
7 Keyhole and Weld Pool Dynamics in Dual-Beam Laser Welding . . . . 183
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
7.2 Transient Coupling Model of Keyhole and Weld Pool
in Dual-Beam Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
7.2.1 Control Equation of Transient Coupling Model . . . . . . . . . . . 184
7.2.2 Boundary Conditions of Transient Coupling Model . . . . . . . 187
7.3 Coupling Behavior of Keyhole and Weld Pool in Dual-Beam
Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
7.3.1 Evolution Behavior of Dynamic Keyhole in Welding . . . . . . 188
7.3.2 Flow Behavior of Moving Weld Pool in Welding . . . . . . . . . 193
7.4 Mechanism and Influencing Factors of Stability of Dual-Beam
Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194