激光作為現(xiàn)代加工領域的一種應用范圍較廣的加工工具,如激光打孔、金屬切割、材料焊接、熔覆制備涂層等,在汽車制造領域、商品加工領域、船舶加工領域和航天領域乃至外太空作業(yè)等有廣泛的應用。隨著現(xiàn)代社會生產(chǎn)節(jié)奏的高速發(fā)展,生產(chǎn)力也急需隨之提高,而如何提高激光加工的效率被現(xiàn)在社會密切關注。前期研究結果表明,在合理配置外置磁場的情況下,可以有效提高激光能量利用率,提高激光的燒蝕效率,從而提高激光的加工效率,針對外置磁場對激光的加工效率提高的問題,論文從數(shù)值模擬分析和實驗兩方面入手,以非鐵磁性金屬材料鋁和鐵磁性金屬材料鐵這兩種典型材料作為研究對象,開展了磁場對激光燒蝕金屬靶材的影響研究,論文的研究工作為外置磁場下激光加工工藝參數(shù)的改進提供了理論基礎和實驗依據(jù)。針對外置磁場對毫秒激光燒蝕金屬材料過程的作用機制,論文從激光燒蝕金屬的過程和電磁場作用的理論體系出發(fā),重點探討了電磁場對激光誘導熱作用的影響�；诟道锶~熱傳導理論,分析了金屬吸收激光能量的溫升變化,到熔融后金屬靶材的相變過程。建立了磁場作用下電磁力對激光燒蝕鋁、鐵的影響物理模型,并利用有限元軟件進行多物理場耦合,采用繼承解的方式,對磁場下激光燒蝕... 

【文章來源】：長春理工大學吉林省

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

電磁場作用激光焊接實驗裝置圖

第1章緒論2焊接的質(zhì)量，具體實驗裝置如圖1.1所示。圖1.1電磁場作用激光焊接實驗裝置圖2012年昆明理工大學的劉洪喜對Q235鋼材上制備Ni60CuMow復合涂層通過采用磁場輔助激光熔覆技術可以改善效果進行報道[2]。涂層的微觀結構和相分析是通過SEM，EDS和XRD進行的，實驗結果表明，該涂層的成分主要由一部分γ-Ni，硅化物和少量的Cu與固溶體硼化物所構成，這種方式形成的Cr3Si晶粒精度較大。通過施加磁場力的作用，腐蝕電位差提高了100mv，復合熔融層的平均顯微硬度增加到913HV0.5，施加磁場力的數(shù)值為無磁場情況下的1.5倍，質(zhì)量遷移為無磁場輔助時涂層的36％，腐蝕電流密度降低了70％，實驗結果表明，通過施加磁場的作用使熔覆層的耐磨性和耐蝕性得到顯著提高，具體實驗裝置如圖1.2所示。圖1.2磁場輔助激光熔覆實驗裝置圖陸軍裝甲兵力裝備制造技術國防科學技術重點實驗室王曉明和中國科學院沈陽材料科學國家聯(lián)合實驗室與2014年報告了在5083鋁合金表面可采用外加磁場的方式輔助激光熔覆五元金屬玻璃熔覆層[3]。通過實驗進行相關成分和熔覆層性能分析，結果表明，熔覆的包覆層主要是由非晶態(tài)，α-Al相和Al4NiY等金屬間化合物組成。通過施加旋轉磁場使包層進行攪拌，攪拌后非晶相含量提高，從10.2％增加至30.7％，有效抑制了多層堆疊過程中重熔區(qū)晶粒的生長，并減少殘余應力，細化了包覆層的晶

第1章緒論3粒結構，提高了顯微硬度和韌性，通過測量，材料的平均抗拉強度為303MPa，占基體抗拉強度的110.2％。平均伸長率為6.79％，占基質(zhì)的33.1％，具體實驗裝置如圖1.3如示：圖1.3激光熔覆五元金屬玻璃裝置圖沈陽航空航天大學國防重點實驗室的欽蘭云于2014年報告研究了磁場對激光沉積鈦合金攪拌作用影響材料結構和性能[4]。將旋轉磁場裝置納入激光成形系統(tǒng)并進行了激光沉積鈦合金凝聚實驗。實驗研究了采取不同磁場參數(shù)，研究其對鈦合金的宏觀形貌和微觀結構的影響，并檢測了鈦合金沉積后的顯微硬度。結果表明：由于磁場的作用使得熔池中形成強對流，于沉積層的表面形成凹形。通過改變磁場的攪拌速度，可以細化沉積層的α層結構，并提高硬度至440HV0.1。旋轉磁場的施加使熔池的對流加強，增加熔池的冷卻效率，對沉積層中的層狀結構進行細化，并改善了沉積層的機械性能，具體實驗裝置如圖1.4所示：圖1.4磁場影響激光沉積鈦合金實驗裝置圖2014年浙江工業(yè)大學激光加工技術工程研究中心的胡勇針對熔池內(nèi)部流場和熱力場難以進行實驗測量的問題建立了物理模型[5]�；诠桃憾嘞嘞到y(tǒng)模型，并考慮了固液相變，傳熱和流動，表面張力，熱浮力和激光熔池中的安培力，電磁激光復合材

【參考文獻】：
期刊論文
[1]定向洛倫茲力對激光熔覆熔池排氣的影響[J]. 胡勇,王梁,李玨輝,張群莉,姚建華,Volodymyr Kovalenko.  中國激光. 2018(08)
[2]激光等離子體強磁環(huán)境研究進展[J]. 孫偉,仲佳勇.  物理. 2018(07)
[3]激光-電磁場復合強化對45鋼硬度的影響[J]. 沈俊波,黃麗燕,劉建永,郭維昭,曾維林.  鋼鐵研究學報. 2018(06)
[4]磁場輔助激光熔覆鋁基金屬玻璃覆層[J]. 王曉明,朱勝,楊柏俊,張垚,徐安陽.  航空學報. 2018(11)
[5]橫向靜磁場對激光熔化增材制造Al-12%Si合金凝固組織的影響[J]. 帥三三,林鑫,肖武泉,余建波,王江,任忠鳴.  金屬學報. 2018(06)
[6]旋轉磁場輔助激光相變硬化層的組織和耐磨性能[J]. 黃麗燕,沈俊波.  金屬熱處理. 2018(05)
[7]電磁復合場對激光熔注增強顆粒分布梯度的調(diào)控[J]. 王梁,胡勇,林英華,李玨輝,姚建華.  中國激光. 2018(10)
[8]強激光在非均勻磁化電子-正電子-離子等離子體中的傳播[J]. 洪學仁,景敏,石玉仁,成麗紅.  西北師范大學學報(自然科學版). 2018(03)
[9]電磁攪拌對激光熔池熔體流速及其凝固組織影響研究[J]. 楊光,趙恩迪,欽蘭云,李長富,王維.  紅外與激光工程. 2017(09)
[10]磁場對激光焊接鋼/鋁異種金屬焊縫性能的影響[J]. 丁浩,徐家樂,譚文勝,黃舒,周建忠.  中國激光. 2017(09)

博士論文
[1]外加橫向磁場對高速GMAW駝峰焊道抑制機理的研究[D]. 王林.山東大學 2018
[2]永磁體間的磁力和磁力矩研究[D]. 歷建剛.吉林大學 2015

碩士論文
[1]高溫合金毫秒激光打孔實驗與數(shù)值模擬研究[D]. 朱林中.江蘇大學 2017
[2]毫秒脈沖激光燒蝕鋁板實驗及數(shù)值模擬計算[D]. 吳寶.北京理工大學 2016
[3]交變磁場下鐵基合金粉末激光熔層組織與性能研究[D]. 宗磊.燕山大學 2016
[4]磁場輔助光纖激光焊接工藝研究[D]. 趙澤洋.華中科技大學 2016
[5]毫秒脈沖激光燒蝕下金屬靶材溫度場與熱應力分析[D]. 趙志培.天津大學 2012
[6]激光熱處理過程中材料的激光吸收率研究[D]. 陳君.浙江工業(yè)大學 2008



本文編號：3093866