發(fā)布時(shí)間：2017-09-11 06:29

  本文關(guān)鍵詞：大光斑半導(dǎo)體激光-TIG復(fù)合熱源熔敷工藝及數(shù)值模擬

  更多相關(guān)文章： 半導(dǎo)體大光斑激光 激光-TIG復(fù)合 表面熔敷 溫度場

【摘要】：針對(duì)單一熱源在表面熔敷中合金粉末熔化、界面區(qū)熱量、溫度分布最佳范圍區(qū)間較窄的問題,本文提出采用大光斑半導(dǎo)體激光與TIG電弧復(fù)合的方法用于表面熔敷,通過精確控制激光與電弧的耦合形式與參數(shù)匹配,合理調(diào)控復(fù)合熱源的特征與溫度分布,有望滿足粉末與基體在熔敷過程中的不同熱物理要求。本文主要從以下幾個(gè)方面對(duì)大光斑半導(dǎo)體激光及激光-TIG復(fù)合熱源進(jìn)行了熔敷工藝及熱源模型研究:(1)利用大光斑半導(dǎo)體激光、TIG電弧及激光TIG電弧復(fù)合熱源的特性,搭建了激光TIG復(fù)合熱源表面熔敷實(shí)驗(yàn)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了復(fù)合熱源的表面熔敷;為了研究復(fù)合熱源在表面熔敷時(shí)的工藝區(qū)間范圍及熱源溫度場的特性,通過單道表面熔敷工藝試驗(yàn)及熱循環(huán)曲線測試,分別對(duì)比了CO2小焦點(diǎn)激光、大光斑半導(dǎo)體激光及激光TIG復(fù)合在表面熔敷中的優(yōu)缺點(diǎn)及熔敷參數(shù)對(duì)大光斑半導(dǎo)體激光與激光TIG復(fù)合熱源的表面形貌和溫度場分布的影響。通過工藝試驗(yàn)及熱循環(huán)測試實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),TIG電弧的引入能夠明顯降低熔池溫度梯度小,二者復(fù)合可明顯改善激光熱源溫度梯度較大的問題,并且可以通過調(diào)控電弧的熱源特性滿足激光對(duì)于低溫區(qū)域的熱量需求。(2)對(duì)大光斑半導(dǎo)體激光和激光TIG復(fù)合熱源在進(jìn)行表面熔敷時(shí)熱源與粉末、粉末與基體、熱源與基體三者之間的傳熱過程進(jìn)行了分析,并在此基礎(chǔ)上建立了單激光與激光TIG復(fù)合熱源模型,采用有限元的方法在ANSYS中對(duì)模型進(jìn)行了求解。模擬的溫度場與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致。(3)利用所建立的單激光和激光TIG復(fù)合熱源模型分別對(duì)熔敷參數(shù)變化和合金粉末變化下溫度場的變化規(guī)律進(jìn)行了模擬研究。通過模擬分析發(fā)現(xiàn)單激光熔敷時(shí)熔敷層的溫度梯度較大,而在引入TIG電弧后,熔敷道溫度梯度發(fā)生了明顯的降低,并在一定程度上增加了激光的吸收率,使得熔敷道的寬度和深度顯著增加。該模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。
【關(guān)鍵詞】：半導(dǎo)體大光斑激光 激光-TIG復(fù)合 表面熔敷 溫度場
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 表面熔敷的國內(nèi)研究現(xiàn)狀10-17
• 1.2.1 激光熱源10-14
• 1.2.2 電弧熱源14-15
• 1.2.3 復(fù)合熱源15-17
• 1.3 本文的研究方法及研究內(nèi)容17-19
• 1.3.1 本文研究主要內(nèi)容17-18
• 1.3.2 研究技術(shù)路線18
• 1.3.3 擬解決的問題18-19
• 1.4 本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)19-20
• 第2章 大光斑激光與TIG復(fù)合熔敷系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)方法20-26
• 2.1 激光-TIG復(fù)合熱源熔敷設(shè)備20-22
• 2.1.1 半導(dǎo)體大光斑激光器20-21
• 2.1.2 CO_2小焦點(diǎn)激光器21-22
• 2.1.3 TIG焊機(jī)22
• 2.1.4 行走機(jī)構(gòu)22
• 2.2 大光斑半導(dǎo)體激光與TIG電弧復(fù)合焊接方法22-23
• 2.3 試驗(yàn)材料及鋪粉方式23-24
• 2.3.1 基體材料23-24
• 2.3.2 熔敷材料24
• 2.3.3 鋪粉方式24
• 2.4 焊接溫度場的測量24-25
• 2.5 試驗(yàn)過程25
• 2.6 本章小結(jié)25-26
• 第3章 激光-TIG復(fù)合熱源熔敷工藝及熱源特性26-36
• 3.1 小焦點(diǎn)CO_2激光與半導(dǎo)體大光斑激光表面熔敷對(duì)比26-29
• 3.1.1 激光功率對(duì)熔敷層尺寸、稀釋率及成形系數(shù)的影響27-28
• 3.1.2 掃描速度對(duì)熔敷層尺寸、稀釋率及成形系數(shù)的影響28-29
• 3.2 激光-TIG復(fù)合表面熔敷對(duì)比29-34
• 3.2.1 粉末厚度變化對(duì)熔敷道形貌及熱循環(huán)曲線的影響29-32
• 3.2.2 功率變化對(duì)熔敷道形貌及熱循環(huán)曲線的影響32-34
• 3.3 大光斑半導(dǎo)體激光與焊接電弧復(fù)合的分析34-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 第4章 大光斑半導(dǎo)體激光及激光-TIG復(fù)合熱源溫度場有限元模型36-47
• 4.1 大光斑激光熔敷過程分析36-39
• 4.1.1 大光斑激光熔敷過程中能量分析37
• 4.1.2 激光與粉末相互作用過程37-39
• 4.2 大光斑激光及激光-TIG復(fù)合熱源傳熱有限元模型39-40
• 4.2.1 激光-TIG復(fù)合熱源傳熱模型的數(shù)學(xué)分析39-40
• 4.3 激光-TIG復(fù)合熱源傳熱模型有限元模型的建立40-46
• 4.3.1 幾何模型及網(wǎng)格劃分41
• 4.3.2 有限元模型的建立41-43
• 4.3.3 熱源模型及加載43-44
• 4.3.4 邊界條件44-45
• 4.3.5 表面吸收系數(shù)的影響45
• 4.3.6 熱物理性能參數(shù)45
• 4.3.7 模型驗(yàn)證45-46
• 4.4 本章小結(jié)46-47
• 第5章 模擬結(jié)果分析47-54
• 5.1 大光斑激光及激光-TIG復(fù)合熱源溫度場分析47-49
• 5.1.1 大光斑激光熱源溫度場分析47
• 5.1.2 激光-TIG復(fù)合熱源溫度場分析47-48
• 5.1.3 大光斑激光與大光斑激光-TIG復(fù)合熱源溫度場對(duì)比48-49
• 5.2 熔敷參數(shù)變化對(duì)激光TIG復(fù)合熱源溫度場影響49-53
• 5.2.1 粉末厚度變化對(duì)激光-TIG復(fù)合熱源溫度場影響分析49-50
• 5.2.2 不同功率激光-TIG復(fù)合熱源溫度場影響分析50-52
• 5.2.3 不同粉末材料下大光斑激光-TIG復(fù)合熱源溫度場分析52-53
• 5.3 本章小結(jié)53-54
• 結(jié)論與展望54-55
• 參考文獻(xiàn)55-59
• 致謝59-60
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄60

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1 ;激光及其在化學(xué)上的應(yīng)用[J];上�；�;1979年01期

2 田彬;鄒萬芳;何真;劉淑靜;宋峰;;脈沖Nd:YAG激光除漆實(shí)驗(yàn)[J];清洗世界;2007年10期

3 李新華,孫家義,懷素芳;激光陳酒[J];河北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1991年01期

4 程勇;激光標(biāo)刻技術(shù)[J];激光雜志;1996年04期

5 秦宗益,金巨廣;激光光熱干涉光譜分析方法研究[J];分析化學(xué);1993年05期

6 ;激光及其在檢測技術(shù)上的應(yīng)用(二)[J];鞍鋼技術(shù);1984年08期

7 明長江;激光在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用前景[J];自然雜志;1986年08期

8 鐘達(dá);;激光原理和應(yīng)用[J];冶金建筑;1976年01期

9 張銀江;激光清洗技術(shù)及應(yīng)用[J];化學(xué)清洗;1999年04期

10 王宗明;;激光萊曼光譜及其在石油化工中的應(yīng)用[J];石油化工;1974年02期

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1 黨釗;陳德懷;王超;李小群;陳驥;;用于同步高功率固體激光的高精度時(shí)鐘發(fā)生技術(shù)研究[A];第三屆全國虛擬儀器大會(huì)論文集[C];2008年

2 張其土;王庭慰;花超;王麗熙;;高強(qiáng)度防1.06μm波長激光PC材料[A];第十屆全國青年材料科學(xué)技術(shù)研討會(huì)論文集（C輯）[C];2005年

3 張風(fēng);;激光的生物學(xué)效應(yīng)與波長選擇[A];中國眼底病論壇·全國眼底病專題學(xué)術(shù)研討會(huì)論文匯編[C];2008年

4 邵宏偉;方占軍;孟飛;王強(qiáng);張行;劉香斌;鄒玲丁;沈雪萍;;可調(diào)諧半導(dǎo)體激光(ECDL)在超精密測距上的應(yīng)用[A];2007'中國儀器儀表與測控技術(shù)交流大會(huì)論文集（二）[C];2007年

5 王世績;顧援;;X光激光實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展[A];中國工程物理研究院科技年報(bào)（1999）[C];1999年

6 楊述斌;彭復(fù)員;;激光水下目標(biāo)回波探測技術(shù)[A];2008中國儀器儀表與測控技術(shù)進(jìn)展大會(huì)論文集（Ⅰ）[C];2008年

7 潘教青;劉峰奇;王圩;王占國;;激光氣體傳感技術(shù)與應(yīng)用[A];光纖材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（試點(diǎn)）推進(jìn)暨學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2012年

8 楊瑞科;馬春林;韓香娥;蘇振玲;鑒佃軍;;激光在大氣中傳輸衰減特性研究[A];2007年光電探測與制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用研討會(huì)論文集[C];2007年

9 李征燕;孫國強(qiáng);楊東平;;基于DSP的激光波長測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[A];2010振動(dòng)與噪聲測試峰會(huì)論文集[C];2010年

10 Gregory S.Keller;朱金土;;用Pixel像束激光進(jìn)行無創(chuàng)換膚治療[A];浙江省中西醫(yī)結(jié)合學(xué)會(huì)醫(yī)學(xué)美容專業(yè)委員會(huì)第三次學(xué)術(shù)年會(huì)暨省級(jí)繼續(xù)教育學(xué)習(xí)班資料匯編[C];2007年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王姣;激光到底會(huì)不會(huì)損傷視網(wǎng)膜？(上)[N];科技日?qǐng)?bào);2008年

2 本報(bào)記者 劉洪宇;神奇激光與裝備制造[N];遼寧日?qǐng)?bào);2007年

3 主講人 光學(xué)專家 激光三高治療儀發(fā)明人 北京正安激光研究院院長 吳小光　博士;激光：徜徉于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[N];人民政協(xié)報(bào);2011年

4 天佑;激光對(duì)食品包裝的影響[N];中國包裝報(bào);2011年

5 林其水;食品軟包裝中的激光劃線技術(shù)[N];中國包裝報(bào);2008年

6 張巍巍;激光微噴射系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無痛注射[N];科技日?qǐng)?bào);2012年

7 束洪福;測量地球到月球之間距離誤差小于發(fā)絲[N];科技日?qǐng)?bào);2008年

8 組稿 王毅俊;激光 讓生活更美好[N];上�？萍紙�(bào);2010年

9 周前進(jìn);多功能激光治癌機(jī)在我國武漢研制成功[N];大眾衛(wèi)生報(bào);2000年

10 中科院力學(xué)所 楊明江;讓鋼板性能更優(yōu)良[N];中國冶金報(bào);2001年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 馮天利;全固態(tài)中紅外2μm波段激光特性研究[D];山東大學(xué);2015年

2 齊揚(yáng);云岡石窟砂巖文物表面污物激光清除機(jī)理及應(yīng)用研究[D];中國地質(zhì)大學(xué);2015年

3 李鵬;利用單共振光學(xué)振蕩器產(chǎn)生1.5μm激光的研究[D];山西大學(xué);2015年

4 余金清;PIC數(shù)值方法以及激光-物質(zhì)相互作用若干物理研究[D];電子科技大學(xué);2015年

5 李澤文;毫秒激光對(duì)硅及硅基光電探測器損傷機(jī)理研究[D];南京理工大學(xué);2015年

6 趙瑪利;基于激光3D加工處理系統(tǒng)的含Cu材料表面處理技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2015年

7 王萌;金屬絡(luò)合物激光三維物化改性技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2011年

8 張俊;半導(dǎo)體激光線陣合束光源及外腔反饋光譜合束技術(shù)的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2013年

9 邱化冬;基于條碼質(zhì)量的直接標(biāo)刻激光參量與物理機(jī)制的研究[D];山東大學(xué);2011年

10 董利明;金屬焊接殘余應(yīng)力的激光超聲無損檢測研究[D];南京理工大學(xué);2012年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊予靜;微脈沖激光及傳統(tǒng)激光治療糖尿病性黃斑水腫療效的比較[D];河北醫(yī)科大學(xué);2015年

2 李曉崗;基于超快激光的超光滑光學(xué)表面制造技術(shù)研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2015年

3 門俊儒;煙塵環(huán)境下激光傳輸回波分析與抗干擾研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2015年

4 張穎志;基于激光超聲技術(shù)的金屬表面缺陷檢測研究[D];大連理工大學(xué);2015年

5 佟帥;激光尾場中Betatron振蕩產(chǎn)生X射線的模擬研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2015年

6 朱鵬飛;超快激光拋光技術(shù)研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2014年

7 任娟;相干激光主動(dòng)成像與跟蹤技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所);2015年

8 曹志強(qiáng);激光毛化熔池溫度場與流場數(shù)值仿真研究[D];東北大學(xué);2014年

9 苑曉菲;激光表面熔覆理論研究與數(shù)值模擬[D];東北大學(xué);2014年

10 戴璨;激光雷達(dá)回波信號(hào)增強(qiáng)與波形分解[D];南京大學(xué);2016年

，

本文編號(hào)：829137