本文關(guān)鍵詞：光纖激光水下切割不銹鋼的數(shù)值仿真及實(shí)驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：21世紀(jì)是海洋的世紀(jì),在建造、維修及拆除海洋平臺(tái)、海底管道、海底儲(chǔ)油庫等海洋工程結(jié)構(gòu)物時(shí),存在著維修或拆除費(fèi)用高昂、作業(yè)環(huán)境惡劣、安全性差和破壞海洋生態(tài)環(huán)境等問題。而光纖激光水下切割技術(shù)具有高效便捷、節(jié)約成本、安全環(huán)保的優(yōu)勢,已經(jīng)成為一種前景廣闊的技術(shù)手段。與CO2激光器相比,光纖激光器更加適用于水下復(fù)雜環(huán)境的切割作業(yè),因?yàn)槠渚哂行⌒洼p量化、維護(hù)成本低、穩(wěn)定性強(qiáng)、容易實(shí)現(xiàn)大功率化、可長距離傳輸?shù)葍?yōu)勢。(1)本文主要研究光纖激光水下切割不銹鋼的數(shù)值仿真及實(shí)驗(yàn)研究。在ANSYS中模擬光纖激光水下切割不銹鋼的溫度場,研究不同激光功率和切割速度對光纖激光切割溫度場的影響。對材料的熱物理性參數(shù)和水的對流換熱系數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行線性簡化,便于更加準(zhǔn)確地設(shè)定材料與環(huán)境的邊界條件。相同時(shí)刻下,最高溫度點(diǎn)的位置由切割速度的快慢決定。(2)在氬氣輔助的光纖激光水下切割1mm厚304不銹鋼板實(shí)驗(yàn)中,通過測量切縫平均寬度來研究激光功率、切割速度、水層厚度、水體條件等對切割效率及切割質(zhì)量的影響規(guī)律。以1500 W激光功率和300 mm/min切割速度切割水下5mm處的1mm厚304不銹鋼板獲得的切縫最為平整,切割質(zhì)量最佳。宏觀上,切縫宏觀形貌是熔池表面張力、溶液重力和輔助氣體壓力共同作用的結(jié)果。光纖激光切割效率和質(zhì)量隨著水層的增加、水溫的降低、水中鹽度的增加而降低。水層過厚和水溫低會(huì)加速鋼板冷卻從而導(dǎo)致激光能量的損失,另外鹽水中眾多離子也會(huì)吸收激光能量。(3)為進(jìn)一步研究激光參數(shù)和環(huán)境參數(shù)對光纖激光水下切割效率和質(zhì)量的影響,以及切割過程中切縫形貌成形規(guī)律,本文從凝固方式、物相成分、晶粒尺寸、顯微硬度等角度對不銹鋼板切縫橫截面的熔化區(qū)和熱影響區(qū)的微觀組織形貌進(jìn)行全面評(píng)估。微觀上,熔化區(qū)、熱影響區(qū)和基體的組織成分、顯微硬度各異,熔化區(qū)邊緣出現(xiàn)表面形核現(xiàn)象,熔化區(qū)晶胞尺寸隨著激光能量密度增大而增大；熱影響區(qū)奧氏體晶粒受熱循環(huán)的影響而發(fā)生粗化,顯微硬度低于基體與熔化區(qū)硬度。熔化區(qū)邊緣硬度達(dá)到242.8 HV,局部氧化區(qū)域硬度高達(dá)963 HV,是基體硬度的4.3倍。本文探索光纖激光水下切割過程中水介質(zhì)與切割材料之間的熱傳遞、相變規(guī)律,以及激光水下切割的切口溫度場分布、切口形貌形成機(jī)理等基礎(chǔ)理論,可為高效拆除海上廢棄石油平臺(tái)提供理論支持,同時(shí)對建設(shè)海洋經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國具有戰(zhàn)略意義。
【關(guān)鍵詞】：激光技術(shù) 激光水下切割 溫度場仿真 微觀組織 不銹鋼
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG485
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 研究背景與課題來源11-12
• 1.2 水下切割技術(shù)12-16
• 1.2.1 水下切割方式分類12-14
• 1.2.2 光纖激光水下切割技術(shù)14
• 1.2.3 激光水下切割的影響因素14-16
• 1.3 激光水下切割技術(shù)研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3.1 激光水下切割試驗(yàn)研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.2 激光水下切割建模仿真研究現(xiàn)狀18-19
• 1.4 論文主要內(nèi)容與技術(shù)路線19-20
• 1.4.1 論文主要內(nèi)容19-20
• 1.4.2 技術(shù)路線20
• 1.5 本章小結(jié)20-21
• 第二章 光纖激光水下切割過程中熱力學(xué)理論基礎(chǔ)21-27
• 2.1 激光水下切割過程描述21-22
• 2.2 激光水下切割過程中熱力學(xué)理論基礎(chǔ)22-24
• 2.2.1 熱力學(xué)模型建立的假設(shè)條件22
• 2.2.2 熱平衡方程22-23
• 2.2.3 激光熱源形式23
• 2.2.4 能量損失形式23-24
• 2.3 激光水下切割過程中動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)24-25
• 2.3.1 流體力學(xué)基礎(chǔ)24-25
• 2.3.2 輔助氣體對熔融金屬的壓力作用25
• 2.4 激光水下切割有限元模型的建立25-26
• 2.4.1 有限元模型的建立25-26
• 2.4.2 模擬仿真流程26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第三章 光纖激光水下切割不銹鋼模擬仿真27-41
• 3.1 激光水下切割仿真參數(shù)設(shè)定27-30
• 3.1.1 材料對激光的吸收率28-29
• 3.1.2 對流換熱系數(shù)29-30
• 3.2 溫度場仿真結(jié)果分析30-37
• 3.2.1 不同時(shí)刻的溫度分布30-36
• 3.2.2 隨時(shí)間變化的溫度分布36-37
• 3.3 激光參數(shù)對溫度分布的影響37-39
• 3.3.1 激光功率對溫度分布的影響37-38
• 3.3.2 切割速度對溫度分布的影響38-39
• 3.4 本章小結(jié)39-41
• 第四章 光纖激光水下切割不銹鋼試驗(yàn)41-48
• 4.1 試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)材料41
• 4.2 試驗(yàn)方案及質(zhì)量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)41-43
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)方案41-42
• 4.2.2 質(zhì)量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)42-43
• 4.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析43-47
• 4.3.1 激光功率和切割速度對水下切割的影響43-46
• 4.3.2 水體條件對水下切割的影響46
• 4.3.3 水層厚度對水下切割的影響46-47
• 4.4 本章小結(jié)47-48
• 第五章 激光水下切割不銹鋼的顯微組織與力學(xué)性能48-57
• 5.1 切縫橫截面顯微組織分析48-55
• 5.1.1 金相樣件制備與測試設(shè)備48-49
• 5.1.2 切縫熔化區(qū)顯微組織描述49-52
• 5.1.3 切縫橫截面溫度場分布與微觀組織分布52-53
• 5.1.4 激光參數(shù)對晶胞間距的影響53-55
• 5.2 顯微硬度檢測55-56
• 5.2.1 硬度檢測原理與設(shè)備55
• 5.2.2 顯微硬度分布55-56
• 5.3 本章小結(jié)56-57
• 第六章 總結(jié)與展望57-59
• 6.1 總結(jié)57-58
• 6.1.1 本文總結(jié)57
• 6.1.2 創(chuàng)新點(diǎn)57-58
• 6.2 展望58-59
• 致謝59-60
• 參考文獻(xiàn)60-63
• 作者簡介63

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：光纖激光水下切割不銹鋼的數(shù)值仿真及實(shí)驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：281976