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越高，傳統(tǒng)的加工方法越來越受到巨大的挑戰(zhàn)。本文針對工業(yè)生產(chǎn)中，激光微加工金屬材料時，激光參數(shù)主要依靠工人經(jīng)驗來進行選擇的不足，綜合應(yīng)用理論分析、數(shù)值模擬和實驗方法，研究脈沖激光輻照加工金屬材料的溫度分布，及其對表面形貌影響。對提高加工效率和降低加工成本具有重要的價值和意義。
　　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，其溫度場變化過程，模擬計算得到了脈沖激光輻照加工金屬材料鉻和45＃鋼激勵產(chǎn)生的溫度場中心點溫度分布曲線，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電子和晶格溫度分布的影響；通過對激光輻照加工45＃鋼表面形貌實驗觀察，驗證了脈沖寬度以及激光能量密度對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，當激光能量密度不變，隨著脈沖寬度越來越大，電子的溫度升高速度越來越慢，最高溫度值越來越小，達到最高溫度值需要的時間越來越長；隨著激光能量密度越來越大，輻照加工區(qū)域的最高溫度值越來越大。實驗分析得到：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，說明激光輻照區(qū)域材料的溫度場區(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