脈沖激光輻照加工金屬材料的溫度分布及表面形貌研究.pdf

1、隨著工業(yè)、特別是重工業(yè)的快速發(fā)展，金屬材料的加工需求和要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的加工方法越來(lái)越受到巨大的挑戰(zhàn)。本文針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中，激光微加工金屬材料時(shí)，激光參數(shù)主要依靠工人經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行選擇的不足，綜合應(yīng)用理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)方法，研究脈沖激光輻照加工金屬材料的溫度分布，及其對(duì)表面形貌影響。對(duì)提高加工效率和降低加工成本具有重要的價(jià)值和意義。
　　論文基于傅里葉方程和雙溫耦合理論方程，建立脈沖激光輻照加工金屬材料模型；采用有限元方法數(shù)值模

2、擬了脈沖激光輻照加工金屬材料時(shí)，其溫度場(chǎng)變化過(guò)程，模擬計(jì)算得到了脈沖激光輻照加工金屬材料鉻和45＃鋼激勵(lì)產(chǎn)生的溫度場(chǎng)中心點(diǎn)溫度分布曲線，以及激光熔蝕金屬材料鉻的溫度曲線，研究了脈沖寬度以及激光能量密度對(duì)電子和晶格溫度分布的影響；通過(guò)對(duì)激光輻照加工45＃鋼表面形貌實(shí)驗(yàn)觀察，驗(yàn)證了脈沖寬度以及激光能量密度對(duì)激光輻照加工材料的溫度分布的影響，分析了激光能量密度和脈沖寬度對(duì)激光輻照加工金屬材料的表面形貌影響。
　　數(shù)值模擬分析表明：脈沖寬

3、度對(duì)激光輻照區(qū)域電子溫度、晶格溫度和溫度分布都有影響，當(dāng)激光能量密度不變，隨著脈沖寬度越來(lái)越大，電子的溫度升高速度越來(lái)越慢，最高溫度值越來(lái)越小，達(dá)到最高溫度值需要的時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)；隨著激光能量密度越來(lái)越大，輻照加工區(qū)域的最高溫度值越來(lái)越大。實(shí)驗(yàn)分析得到：在激光能量密度、光斑半徑相同情況下，脈沖寬度對(duì)材料熱加工表面形貌有影響，隨著脈沖寬度增加，孔徑相應(yīng)增大，說(shuō)明激光輻照區(qū)域材料的溫度場(chǎng)區(qū)域隨著脈寬的增大而增大；在脈沖寬度、激光光斑半徑相同的