激光电弧复合焊接AZ31B镁合金

采用激光束与电弧复合焊接AZ31B镁合金，研究了这种复合热源对焊接熔深、表面成型的影响，探索了激光-电弧不同复合方式对焊接过程中电弧稳定性的影响。结果表明，激光束与焊接电弧共同组成的复合热源在正向焊接镁合金时形成的焊接熔深，比单独采用钨极氩弧焊(TIG)焊接增加了1倍左右，同时复合热源焊接电弧稳定性也较钨极氩弧焊接提高了1倍以上，是一种理想的镁合金焊接方法；而当激光-电弧复合热源反向焊接时，电弧稳定性较正向焊接进一步增大。对复合热源的电弧稳定性和激光吸引电弧的现象以及熔深增加的机理进行了讨论。     

某型压力传感器芯体激光焊接模型化分析

基于数值仿真工具，对某型压力传感器芯体径向脉冲激光焊接过程进行3D建模及仿真分析。模型描述了焊接过程中脉冲激光形成的等效热源，316L不锈钢材料的传热和相变，热影响区形成的瞬态应力场，以及焊接后形成的残余应力。同时，根据多种激光焊接工艺参数组合形成的熔池深度实测数据完成等效热源模型的标定。结果显示：经过标定的等效热源模型熔深计算值与实测值偏差在8%以内；将焊缝残余应力分布计算值与X射线衍射法所得的实测值进行了对比分析，两者结果较为吻合，变化规律一致，偏差值小于15%。验证了激光焊接模型的精度能够满足工艺参数影响规律研究及参数优化的工程需要。     

激光切割钣金件时的工件变形分析方法

利用ANSYS有限元分析软件建立了适合激光切割钣金件的三维实体模型,介绍了钣金件在自身重力和激光切割热源共同作用下,进行切割时工件变形大小的计算方法.将激光切剖热源简化为高斯热源,运用APDL语言分析计算了激光切剖时实际工件的变形大小.     

Nd:YAG激光+脉冲MAG电弧复合热源焊接规范参数对焊缝表面成形的影响

利用余高-熔宽比表示焊缝表面铺展性并与焊缝余高一起作为参数来评价激光+电弧复合热源焊缝的表面成形,通过试验研究了Nd:YAG激光+脉冲MAG电弧复合热源焊接过程中焊接规范参数对复合热源焊缝表面成形的影响,并分析了激光对复合热源焊缝表面成形的影响。研究结果表明,在电弧功率变化过程中,激光对复合热源焊缝表面成形影响较小,但随着激光功率的增大,其对焊缝表面成形的影响也逐渐增大。焊接速度变化过程中,激光束能量的加入不仅改善焊缝表面成形还极大地提高了焊接速度,而在光丝间距和离焦量变化过程中,激光束对复合热源焊缝表面成形的影响很小。     

激光-电弧复合焊接的热源相互作用

为了研究激光-电弧复合焊接的热源相互作用,提升对复合焊接复杂物理过程的认识程度,进一步优化工艺参数,采用CO2轴快流激光器和钨极氩弧焊机在3mm厚316L不锈钢板上进行了复合焊接试验研究。定义无量纲参数——复合焊接熔化效率增量δ来表征热源相互作用的变化。结合焊缝成形、等离子体形貌,通过δ半定量分析了激光、电弧热源间距和能量配比对热源相互作用的影响。结果表明,在优化的参数组合下,δ高达83.6%。其中,电弧对工件的预热作用能够提高激光能量的利用率,增强热源相互作用,但是激光-电弧等离子体相互作用才是提高热源相互作用程度的关键机制。     

基于体热源的激光透射焊接PA66温度场模拟

目前国内激光透射焊接温度场模拟大多采用面热源,无法考虑炭黑含量的影响。为此,文中使用Ansys的APDL语言构建了基于体热源的三维瞬态有限元模型,采用该模型对PA66的激光透射焊接温度场进行了模拟,并将模拟结果与面热源下的模拟结果、实验结果分别进行对比。结果发现,由体热源模型模拟得到的焊缝热影响区形貌与实际热影响区形貌较为接近,模型预测的热影响区尺寸也与实测值保持着较高的吻合度,表明体热源能较好地表征炭黑含量对焊接结果的影响,并在温度场模拟方面明显优于面热源。     

基于相界面随动热源模型的激光穿孔过程动态模拟

激光穿孔是现代工业生产中重要的加工手段。明晰激光穿孔过程中激光热源、辅助气体与被加工物间的作用机理及被加工物的多相流变化过程,对指导实际生产工作至关重要。本文提出一种相界面随动热源模型,旨在动态模拟3 mm钢板的激光穿孔过程,揭示其穿孔加工机理。首先,融合相变界面随动热源模型与辅助气体模型建立激光穿孔模型,规划计算流程,对激光穿孔过程进行多场耦合多相流动态模拟;其次,分别对穿孔相变的温度场及流场结果进行分析,明晰穿孔过程中金属的相变过程、熔池的温度变化过程,金属液相随辅助气体的流动过程。分析结果表明,采用相变界面随动热源模型的仿真结果可有效模拟激光穿孔加工的动态过程,揭示其作用机理。     

源汇耦合的电子设备内自然对流换热的实验研究

针对电子设备散热问题,通过无接触激光全息干涉技术和烟流微风示踪技术对多热源耦合的电子设备散热问题进行研究,分析Rayleigh数、热源数量、热源间距、壁面温差等因素对腔体内流动换热的影响,实验研究发现:随着Rayleigh数的增加,流动换热增强;热源数量的增加对流动换热不利;当腔内有两个热源时,热源间距50 mm时换热效果最好;随着腔内高低温壁面温差的增加,对流动和换热越来越有利,但换热速率不断减小,温差为10℃最有利,为电子设备散热设计提供理论依据。     

不同激光热源模式下薄板弯曲特性数值模拟

利用非线性有限元分析软件,建立了纯铝薄板激光成形过程的三维弹塑性热力耦合有限元模型.选择等面积的圆形、方形、矩形1/4和矩形4/1光斑激光热源模式(矩形1/4和4/1表示激光光斑沿着光束扫描方向尺寸与垂直光束扫描方向尺寸的比例分别为1∶4和4∶1),对不同激光热源模式下的板材弯曲特性进行了数值模拟计算,并分析了各种热源模式作用下板材温度场、位移场和应力应变场的特点.结果表明,在扫描过程中,圆形光斑热源模式获得了最高的峰值温度和上下表面温度差;而矩形1/4激光热源模式获得了最大的高温区作用宽度.矩形1/4激光热源模式产生了最大的塑性区宽度及上下表面总塑性应变差,因此获得了最大的弯曲角,内部残余应力最低.     

激光近净成形CBN磨具温度场仿真分析

为了探究激光近净成形CBN磨具实验时的温度场分布,用Simufac.Welding对其进行三维建模数值模拟。采用高斯面热源和圆柱体热源组合热源,综合考虑对流、热传导、相变潜热及热物性参数的影响,分析了不同工艺参数下温度场的分布规律,另外进行了实际测温,验证了温度场仿真的可靠性,最后根据剖面显微硬度值分析了激光近净成形加工的急热急冷特征。     

激光表面重熔过程中流体流动和传热的数值模拟

在PHOENICS软件基础上开发了模拟激光表面重熔过程温度场和速度场的数值程序 ;温度场和速度场的计算采用了固定网格及处理熔化和凝固问题的一般源项方法 ;移动热源引起的能量和动量变化分别作为附加源项构建控制方程组 ,采用控制容积积分法对控制方程进行离散和求解 ;对铝合金激光表面重熔过程中的传热、相变及流体流动问题进行了三维非稳态的数值模拟研究。     

18J,20 Hz固体热容激光器

为研究同体热容激光器运转的物理机制，研制了一台演示验证样机。激光器使用钕玻璃板条为工作物质，脉冲灯抽运，平-凹式稳定谐振腔。固体热容激光器运转有两个工作相，样机达到的技术性能如下：第一工作相输出激光，以20Hz重复频率工作10S，输出能量开始时23．81J／脉冲，结束时18．51J／脉冲；第二工作相冷却工作物质，经编程控制的氮气冷却5min后，激光器可重新进入第一工作相循环工作。分析了限制激光器输出激光时间的两个主要原因。试验表明：固体热容激光器输出激光时，沉积在工作物质中的废热使工作物质处于表面温度高于内部温度的状态。由此工作物质产生了向内的压应力，它使工作物质破坏阈值上升，激光器可以工作在较高的温度状态。对第二工作相冷却工作物质的热管理模型进行了讨论．     

热容激光器激光输出特性的数值模拟

热容激光器在激射过程中，激光介质的温度快速升高，导致了热容激光器具有特殊的激光输出特性。通过理论分析、数值模拟和实验研究等方法，对热容激光器的激光输出特性进行研究，掌握热容激光器工作的基本规律，为热容激光器的设计、实验提供了重要的参考。建立了描述热容激光输出特性的理论模型，给出了输出功率随激光介质温升及工作时间的变化关系。数值模拟研究结果表明。激光介质的温度从300K升高到400K过程中，阈值功率密度从2．6W／cm^3增加到33．6W／cm^3，输出功率下降7％。利用建立的热容激光器实验装置．测量了不同占空比情况下的输出功率，占空比越高输出功率随时间下降得越快，与数值模拟结果相符。在低占空比时，数值模拟和测量结果吻合较好；在高占空比时出现误差，而且占空比越高误差越大。     

连续波激光作用于生物组织中的一维瞬态热传导方程定解问题

根据激光热源在生物组织中热传导的实际情况,提出一维热传导方程的一类边界条件和初始条件,采用数学物理方程定解求法分别得出有血流散热和无血流散热两种情况下一维瞬态温度时空分布的解析函数表达式,适合于生物组织没有发生民化的传热过程,从而为激光热效应的医学应用提供理论依据。     

激光填丝多层焊温度场和应力场的数值模拟

基于有限元计算软件MARC,对16 mm厚低合金高强钢激光填丝多层焊温度场和应力场进行了三维数值模拟。利用生死单元法,采用热流密度线性衰减高斯圆柱热源模拟匙孔效应,双椭球模型模拟焊丝受热过程。计算结果与实际结果对比,两者基本吻合。计算结果表明,层间保温能够有效降低接头冷却速度,减小激光填丝焊残余应力,改善厚板多层焊接头性能;多层焊应力集中主要位于中下部焊道及其热影响区;焊接中坡口有收缩趋势,焊后工件有一定角变形。     

不锈钢薄板激光焊热源模型的探讨

通过实际施焊试验,优选出1.2mm厚不锈钢板对接激光焊的焊接工艺参数,用该参数在ANSYS有限元分析软件中对其焊接温度场进行了模拟.建立高斯表面热源与双椭球体热源叠加的组合热源模型,通过对焊缝截面形状的比较探讨了该组合热源中的两种热源模型的功率分配.选用面热源与体热源功率之比为3∶7时模拟出的焊缝截面形状与实际施焊的结果最为接近,并且显著优于采用单个热源模型加热时的模拟结果.     

模具表面的激光热处理研究

对各种材料的模具表面激光热处理工艺进行了比较 ,在不同工艺条件下得到了不同的效果 ,并得到了较佳的工艺参数 ,在模具表面激光热处理方面收到了良好的效果     

304不锈钢激光微抛光的数值模拟与分析

为了将激光抛光金属表面的过程可视化,本文建立了脉冲激光抛光304不锈钢的二维瞬态数值模型,模拟了脉冲激光作用下304不锈钢表面形貌的演变过程,揭示了抛光过程中传热、熔化和凝固等物理过程的演化机制。模拟结果表明,与连续激光抛光相比,脉冲激光会使抛光表面产生细小的波纹,但是整体上空间曲率会减小,能够起到一定的抛光效果。在表面形貌的演化过程中,表面起伏较大的区域,由毛细力主导熔池内熔体的流动,其主要作用是消除具有大区率的表面形貌;表面曲率较小的区域,则由热毛细力占据主导地位,其主要作用是促使熔融金属在熔池中重新分布,进一步降低表面的粗糙度。为了验证 仿真模型的正确性,通过与实验结果的比较,发现模型熔池深度与实验结果相符合,具有较高的模拟精度。