激光加工因其具有高精、高效加工的特點被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、航空等領(lǐng)域;化學(xué)加工不會產(chǎn)生熱應(yīng)力,并且加工質(zhì)量好,因此將兩種方法結(jié)合充分發(fā)揮激光的熱作用與化學(xué)液的冷卻腐蝕作用,使得該化學(xué)液輔助激光加工的方法具有非常廣泛的應(yīng)用前景。然而,由于化學(xué)液輔助激光加工涉及到的工藝參數(shù)眾多,對該復(fù)合加工的方法的研究尚在探索階段。因此為進一步探究化學(xué)液輔助激光加工的復(fù)合作用,需要對加工技術(shù)的機理進行深入研究。首先本文分析了激光加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀,在此基礎(chǔ)上研究分析了靜態(tài)溶液輔助激光加工過程相互作用的機理,探討了影響溶液輔助激光加工的主要因素。運用ABAQUS對液體環(huán)境中激光單線掃描不銹鋼表面溫度場分布進行模擬,分析不同時刻溫度場的分布情況。其次,將仿真結(jié)果作為參考,進行了H_2SO_4溶液輔助激光凹槽刻蝕的實驗。為研究化學(xué)液濃度和激光器參數(shù)對不銹鋼表面刻蝕凹槽的影響規(guī)律,采用線掃描填充的方法進行加工。實驗方案采用了目前研究較少的靜態(tài)化學(xué)液輔助激光加工的方法,采用單因素實驗法對影響加工質(zhì)量的各因素進行研究,并對加工后的表征參數(shù)(深度、寬度和表面粗糙度)進行分析。結(jié)果表明:激光單線燒蝕過程中,H_2SO_4溶液濃度越大,加工區(qū)域?qū)挾仍叫?邊緣直線度越好,但H_2SO_4溶液濃度高于10%后變化不大,溶液濃度對材料去除的深度影響不大。而且,溶液濃度增加會提高線型加工邊緣直線度;在填充掃描加工凹槽過程中發(fā)現(xiàn),在一定參數(shù)范圍內(nèi),通過增大功率或者降低掃描速度都能增加固定點受到輻射的激光能量,增加凹槽深度,但同時會影響凹槽底部的粗糙度,使底部形貌變差;同時,影響線重疊率的掃描間隔、掃描次數(shù)以及累進角度改變時都會影響刻蝕深度,并且深度越深凹槽底部粗糙度越差。因此對不銹鋼表面凹槽刻蝕加工可采用快速、多次加工的方法實現(xiàn)。最后,將液體介質(zhì)換成濃度為10%的H_2SO_4溶液,進行了H_2SO_4溶液輔助激光拋光不銹鋼表面的正交實驗研究�；谠贖_2SO_4溶液中的刻蝕效應(yīng)的研究規(guī)律,采用正交試驗法分析激光加工工藝參數(shù)對拋光表面粗糙度的影響。結(jié)果表明:H_2SO_4溶液輔助激光拋光的不銹鋼表面粗糙度可降低70%,掃描速度對拋光表面粗糙度影響最顯著。此時最佳工藝參數(shù)為:掃描速度為11mm/s、掃描次數(shù)為6次、激光功率為14W、掃描間隔為0.04mm,拋光后可使表面粗糙度降到0.51μm,加工效果更好。本文的研究結(jié)果對化學(xué)液輔助激光刻蝕、拋光Custom455不銹鋼質(zhì)量具有一定的的參考價值,對后續(xù)實驗改進加工工藝參數(shù),提高加工效果具有重要意義。
【學(xué)位單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG665
【部分圖文】：

青島理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文體對激光能量的吸收程度的因素有激光波長、液體環(huán)境、液面到基材表面高度、體流速等，這些因素均是在液體環(huán)境中加工必須考慮的因素。（1）水下激光加工研究現(xiàn)狀水下激光加工的方法是將材料浸沒在水中，材料上表面有一定深度的水層，光束透過水層對被加工材料進行加工。幾種常見的水下激光加工的實驗裝置的意圖如圖 1-1 所示[12-15]。

青島理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文作用和流動性可以減少孔口熔渣的堆積。（3）化學(xué)液輔助激光技術(shù)（Chemical assisted laser machining）[32]最開始由英國曼切斯特理工大學(xué)激光加工中心的 L.Li 等人提出的。他們分別用 523n的二極管泵浦 Nd:YVO4 激光器和 1064nm 的 Nd:YAG 激光器對 316L 不銹鋼料進行了化學(xué)液輔助激光加工的研究，其加工原理是將試件材料浸入中性鹽溶液NaCl 溶液中，激光束通過透鏡聚焦到試件表面，利用激光的熱-力學(xué)作用去除材料表面，去除的同時利用激光與中性鹽溶液的熱化學(xué)作用去除重鑄層，圖 1-2 為化學(xué)液輔助激光切割與傳統(tǒng)激光切割的效果對比。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，在空氣中激光加工會形成厚的熱影響區(qū)和重鑄層，而化學(xué)液輔助激光切割的熱影響區(qū)和重鑄層都很小，相較而言，大大提高了加工質(zhì)量。

（a）空氣中打孔 （b）中性鹽溶液中打孔圖 1-3 空氣中打孔與中性鹽溶液中打孔比較1.3 本文研究內(nèi)容及意義1.3.1 研究意義基于上述研究發(fā)現(xiàn)，諸多國內(nèi)外專家學(xué)者對液體環(huán)境中的激光加工主要是通過以下幾種方式提高加工質(zhì)量：通過改變激光器的參數(shù)如脈寬、頻率、能量頻率等提高加工質(zhì)量；通過使用建立數(shù)學(xué)模型和物理模型等為實驗研究提供有力的指導(dǎo)；通過改變水輔助激光加工的方式如水射流等方式提高加工質(zhì)量。這些研究都是極具參考價值的。但是也出現(xiàn)了一些問題：比如增加了操作的復(fù)雜性，增加設(shè)備成本等。目前對于靜態(tài)溶液輔助激光加工主要針對陶瓷等脆硬性材料，而對不銹鋼等材料研究較少。因此，本文將通過分析溶液輔助激光加工不銹鋼材料機理
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 張崇天;袁根福;陳雪輝;張程;王海云;;水射流對于激光刻蝕晶體硅影響的試驗研究[J];應(yīng)用激光;2014年06期

2 張朝陽;陳飛;王耀民;毛衛(wèi)平;張永康;;納秒脈沖激光對水下靶材的掩模微細刻蝕加工[J];納米技術(shù)與精密工程;2011年02期

3 楊偉;彭信翰;張駿;;水下激光切割硅片的工藝研究[J];中國激光;2009年11期

4 張華;徐家文;王吉明;;中性鹽溶液輔助激光加工試驗研究[J];中國激光;2008年11期

5 張華;徐家文;王吉明;宋強;;激光在中性鹽溶液中傳輸特性的研究[J];應(yīng)用激光;2008年04期

6 冷箭利;;大功率激光加工技術(shù)在機械工業(yè)中的應(yīng)用[J];金屬加工(熱加工);2008年08期

7 朱華;花銀群;;水下激光切割質(zhì)量影響因素的研究[J];激光雜志;2007年03期

8 陳笑,徐榮青,沈中華,陸建,倪曉武;激光對水和空氣中靶材的作用機制研究[J];南京理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2004年03期

本文編號：2851612