激光轉(zhuǎn)鏡寬帶掃描熱過程研究.pdf

1、材料表面激光加工是一個(gè)瞬態(tài)、非平衡、不均熱過程，所形成的溫度場(chǎng)及相應(yīng)的溫度梯度場(chǎng)對(duì)加工質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。目前國(guó)內(nèi)外還沒有在線監(jiān)測(cè)激光加工熱過程的手段，主要原因是加工過程中材料內(nèi)部溫度無法測(cè)量，因此通過建立數(shù)學(xué)物理模型，模擬分析是材料表面激光加工熱過程研究的主要方法。 激光光束與材料的相互作用產(chǎn)生復(fù)雜的熱交換是材料表面激光加工熱過程的實(shí)質(zhì)問題。其中激光光束模式和光斑形狀以及光束對(duì)材料的作用方式是影響溫度場(chǎng)的關(guān)鍵因素。光斑按形成方式

2、可分為靜態(tài)光束光斑和動(dòng)態(tài)光束光斑，動(dòng)態(tài)光束光斑是聚焦光束掃描疊加形成的光斑，其產(chǎn)生的溫度場(chǎng)較靜態(tài)光斑更復(fù)雜。在以往的研究中人們采用以與動(dòng)態(tài)光斑具有相同的平均功率密度的靜態(tài)光斑溫度場(chǎng)表示動(dòng)態(tài)光斑的溫度場(chǎng)，忽略了動(dòng)態(tài)光斑作用點(diǎn)處的高能密度和對(duì)光斑處每一點(diǎn)加熱、冷卻循環(huán)作用的過程的特殊性。激光轉(zhuǎn)鏡以掃描方式將激光束聚焦掃描成線狀光斑。本文以激光轉(zhuǎn)鏡掃描光斑為例，提出了符合掃描光斑形成過程的數(shù)學(xué)物理模型，研究了參數(shù)與溫度分布之間的相互關(guān)系，并用

3、計(jì)算機(jī)模擬了不同參數(shù)下的溫度曲線平均功率相同的靜態(tài)光斑的溫度場(chǎng)比較。在激光作用區(qū)內(nèi)，激光轉(zhuǎn)鏡掃描光斑表層溫度高于靜態(tài)光斑，底層溫度低于靜態(tài)光斑，具有明顯的()趨膚效應(yīng)”。 在充分討論研究激光轉(zhuǎn)鏡光斑溫度場(chǎng)及其特性的基礎(chǔ)上，建立了激光轉(zhuǎn)鏡掃描寬帶溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，研究了參數(shù)與溫度分布之間的關(guān)系。計(jì)算機(jī)模擬了不同參數(shù)下的溫度曲線和三維空間的溫度分布，模擬了激光轉(zhuǎn)鏡寬帶熱處理淬火帶形貌。提出了用溫度曲線計(jì)算奧氏體化加熱時(shí)間、馬氏體轉(zhuǎn)變過