毫秒激光打孔過(guò)程熔融噴濺、重鑄層和微裂紋形成機(jī)理研究.pdf

1、本文以毫秒激光打孔為例,針對(duì)激光與金屬材料相互作用過(guò)程中存在的熔融噴濺、重鑄層和微裂紋等現(xiàn)象開(kāi)展數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究,進(jìn)而研究了相應(yīng)的物理機(jī)理。
　　在毫秒激光打孔過(guò)程中,受輻照的材料發(fā)生熔融直至劇烈汽化產(chǎn)生的壓力將熔融液體拋出,形成的小孔壁面受到反沖壓力、表面張力和Marangoni力等耦合作用,同時(shí)發(fā)生固/液、液/氣間的相變。基于改進(jìn)的流體動(dòng)力學(xué)方程和水平集方程,考慮相變潛熱和力作用影響,建立了適用于激光打孔的流體動(dòng)力學(xué)模型

2、。
　　在建立激光打孔流體動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,以典型金屬材料鋼和鋁為試樣進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算研究。其中通過(guò)對(duì)比分析熔融液體噴濺的特點(diǎn),提出了液化層概念,得到子熔融噴濺量與材料熱擴(kuò)散率的半定量關(guān)系;構(gòu)建了適用于熔融噴濺的實(shí)驗(yàn)診斷系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)熔融噴濺過(guò)程實(shí)時(shí)記錄、熔融噴濺比重定量分析和熔融噴濺沉積形貌成像觀測(cè)。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果,進(jìn)一步驗(yàn)證了模型的合理性。
　　以航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料TC4合金為試樣進(jìn)行激光打孔仿真的研究中,提取了

3、小孔演化過(guò)程的液化層。通過(guò)分析液化層的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng),探討了重鑄層形成的熱-力耦合機(jī)制,得到了表達(dá)重鑄層厚度的數(shù)學(xué)關(guān)系式;利用掃描電鏡觀測(cè)和驗(yàn)證了重鑄層形成機(jī)理。
　　在毫秒激光打孔過(guò)程中,工件基體溫度的劇烈變化將導(dǎo)致產(chǎn)生熱應(yīng)力,從而誘發(fā)微裂紋?；趥鳠釋W(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)理論,考慮熱膨脹和熱軟化對(duì)熱應(yīng)力形成和發(fā)展過(guò)程的影響,用水平集法追蹤液/氣交界面,建立了毫秒激光打孔的二維軸對(duì)稱(chēng)熱-彈塑性計(jì)算模型。結(jié)合材料的屈服強(qiáng)度隨溫度變化特性和溫