基于计算机模拟的激光淬火边缘效应分析研究

利用计算机模拟技术对激光淬火进行了温度场模拟,通过实验与模拟结果对比确定了激光淬火中表面经过磨削加工并喷涂了黑色快干漆的GCr15钢对激光光束能量的吸收率.通过利用不同工艺参数进行模拟,得到了在不同激光淬火工艺参数作用下的模拟淬火温度场,从而分析了进端、出端边缘效应对淬火温度场的影响.最后通过反复模拟试验,提出了利用合适的激光淬火工艺参数以及加速的方法实现淬火过程中瞬时最高淬火温度的均匀,进而保证激光淬火硬化层的均匀.     

激光热处理过程中热吸收系数理论预测的实验研究

该文提出一种利用数值模拟和简单热处理实验相结合来预测热吸收系数的方法，对碳钢，铝合金，镁合金在不同热处理条件下的热吸收系数进行预测，预测结果和热量计的测量结果显示很好的一致性。和传统的能量吸收系数的测量方法相比，避免了复杂的试件准备和仪器设备，该方法具有简单，可行，满足实际需要的特点。     

激光热成形温度场和变形场相似性研究

激光热成形是非常复杂的热力耦合过程,本文将相似理论应用于激光热成形的研究,利用方程分析法推导出金属板材温度场相似所必须满足的相似准则。为了验证相似准则的有效性,对3块满足相似准则的金属板材进行了数值仿真。仿真结果表明,3块金属板材的温度场相似,并且其变形场也相似。     

强脉冲激光金属表面烧蚀热场的数值仿真

用有限差分法对强脉冲激光难熔金属表面烧蚀过程的温度场进行了三维数值仿真计算。计算模型在能量平衡方程的基础上,将入射的脉冲激光在时间与空间上的分布以Ｇａｕｓｓ分布考虑,同时考虑工件尺寸、工件材料热物理性质及对流辐射造成的表面热损失等对温度场的影响。文章应用交替方向隐式方法建立差分方程,对该数学模型进行计算,数值模拟了难熔金属钛、钼在强脉冲激光烧蚀下的温度场变化,并将数值解与热导方程的解析解进行了分析     

激光热处理的模拟及其应用

采用无量钢参数，导出了匀强矩形激光光斑相变硬化处理钢铁材料时表面以下各部分材料所经历的最高温度与其距表面距离的关系曲线族。仅由此曲线族，即可根据要求的淬火层深度以及单位时间处理的表面积，计算确定激光热处理的参数。     

激光淬火对焊缝热影响区耐腐蚀性能的影响

焊接是合金结构钢连接的主要方式之一,而焊接热影响区的耐腐蚀性能较其他区域而言是较差的。为了提高焊接热影响区的耐腐蚀性能,采用激光表面淬火技术对焊缝热影响区进行表面处理。通过正交试验,得到优化后的激光淬火工艺参数。电化学测试结果表明,采用激光淬火后30CrMnSi焊缝热影响区的自腐蚀电流得到显著降低,而越小的自腐蚀电流就意味着较好的耐腐蚀性能。因此,采用激光表面淬火处理技术,可以显著地提高30CrMnSi焊缝热影响区的耐腐蚀性能。     

U型环激光淬火的温度场与组织场仿真研究

U型环使用过程中因过度磨损而发生失效已成为断线、掉线事故的主要原因,激光淬火作为一种绿色强化技术可有效提高U型环耐磨性能。利用COMSOL Multiphysics建立U型环激光淬火的温度场与组织场仿真预测模型,以探究激光辐照时间对U型环淬火过程中温度场、淬火场的分布影响。所建立模型通过试验对比验证,仿真预测结果与试验结果拟合较好。仿真预测结果表明：U型环中心横、纵截面上温度场均呈月牙状分布并随辐照时间增长而向U型环内部扩散。U型环淬火后表层为细小的淬火马氏体组织,随深度增加,过渡区组织为淬火马氏体及少量铁素体组织。U型环最高温度及淬硬区底部深度、表面积与激光辐照时间呈正相关,当激光辐照时间为7 s时,最高温度达到1 434℃,底部深度达到3.12 mm,表面积达到817 mm²,覆盖U型环弯曲段92.21%的上表面面积,可有效提高U型环耐磨性能。5 000 W激光功率、24 mm×18 mm激光光斑尺寸工艺条件下,U型环激光淬火时间窗口为3～7 s。     

激光热处理工件边界的保护及模拟研究

激光热处理应用研究中，当激光作用区临近工件边界时，防止边界熔化并让边界获得满意的热处理是必须认真处理的重要问题。实验研究表明，根据被处理工件的边界形状设计光阑并将光阑放在合适位置，可以有效地避免边界损伤并获得高质量的处理结果。为简化热作用研究，通常可以将被处理材料视为热物性参数为恒量的连续介质，而当处理工件的边界由相交平面边界构成时，可以通过引入适当的像热源来处理边界问题，因此，用这种热处理温度场的半解析计算方法可以满意地获得边界附近的瞬态温度场。提出了一种边界保护的简单方法，并利用激光热处理温度场的半解析计算方法作出证明。研究结果表明，合适选择边界保护宽度，不但能够有效保护边界，并能在边界附近得到深度均匀的硬化带。     

激光对生物组织热损伤的计算机模拟

本文采用计算机模拟方法,对激光作用下生物组织热损伤的状况进行数值计算,得到了问题较 准确的稳定解。同时探讨了几个重要的参数对输出响应的影响。     

工件形状对激光相变硬化温度场和应力场的影响

利用Sysweld有限元软件建立三维有限元模型,采用三维高斯热源,考虑材料热物性能随温度的变化,对平板和回转体内壁进行了激光相变硬化数值模拟。分析了温度场、残余应力以及马氏体分布的异同,研究了工件形状对激光相变硬化温度场和残余应力的影响规律。结果表明,在表层方向上,平板模型和回转体内壁模型的热循环相似;截面方向上,内壁模型峰值温度高于平板模型。处理后相变区组织均主要以马氏体为主,其体积分数约为90%。相变区边缘及热影响区产生残余拉应力,相变区存在残余压应力;与内壁模型相比,平板模型相变区中心残余压应力数值较大。     

单片机在激光工件台中的应用

本文介绍单片机在双频激光干涉工件台位置显示和微动控制中的应用，由于采用单片机使激光工件台位置显示精度高，微动控制简单、可靠。显示分辨率０．０１μｍ，位置测量精度０．０２μｍ，测量最大距离３３０ｍｍ，（实际距离１００ｍｍ），微动距离５μｍ、１０μｍ、５０μｍ、１００μｍ四档。     

淬火回火钢激光表面涂敷后热影响回火区的特性

在经淬火回火处理的45钢和 T10A 钢表面进行了激光涂敷 Ni 基合金的研究。得出:回火区宽度随激光器输出功率的降低和扫描速度的加快而变窄,并且基体钢碳含量越高时回火区越窄;回火区最低硬度与工艺参数关系不大,取决于基体钢碳含量的多少。     

激光穿孔焊接过程热流场数值模拟

采用随小孔形状实时变化的自适应热源,建立了三维光纤激光穿孔焊接过程的数值分析模型。激光热源加载在时变的气/液界面,考虑气相和液相转变过程中存在的传热与传质现象,利用焓-孔介质法处理焊接过程中动量损耗及相变潜热问题。小孔壁面计算主要考虑反冲压力和表面张力,求解VOF方程获得气/液界面。结果表明,焊接过程中可能产生飞溅、焊瘤和余高,小孔前部的金属液体沿着小孔回流至小孔尾部形成焊缝,小孔后部熔池左右两侧可能产生涡旋现象,光致等离子体产生时间极短,穿孔前等离子体最大速度快速增加到102.95 m/s左右,穿孔后速度值下降至80 m/s左右,仿真分析为实际焊接过程提供理论依据。     

脉冲激光表面强化数值模拟及热物性参量影响

建立了包含脉冲激光束时空分布、依赖于温度的材料参量、组织演化历史以及多次相变特征在内的脉冲激光表面强化三维有限元模型。针对常热物性和变热物性并考虑相变潜热两种情况，温度场及其演化分别得到了解析解和通用有限元软件的验证，强化区层深和宽度得到了实验验证。研究了材料热物性对强化区的影响，得到了一定范围内强化区层深随材料热物性参量的变化规律，即：热传导系数不变时，强化区层深随热扩散率的增加而增加；比热容不变时，强化区层深随热扩散率的增加而减小；热扩散率一定时，强化区层深随热传导系数和比热容的增加而降低。以球铁、共析钢和巾碳钢为例，分析了两种确定材料热物性常数方法，即一定温度范围内的平均值法和选取奥氏体化温度附近参量方法的可行性，研究表明平均值法可以得到较好的结果。     

激光淬火过程中光的干涉和衍射结构的热作用研究

为提高激光热处理的质量,国内外利用光束分割再重新复合的方法,研究成功不少光学系统.由于激光是高相干光,光的干涉及衍射结构使复合光斑的功率密度分布复杂化,严格研究热处理过程中光与材料的相互热作用变得非常困难.在文献[1]中,我们从一个简单的光学系统研究出发,从理论上证明,当光的干涉和衍射条纹的间距相较于作用光斑的尺寸而言甚小时,可以忽略这些条纹结构对金属材料热处理的影响,并可以利用几何光学所预言的激光功率密度分布来进行有关的热学计算,为使这个结论更具有一般性,本文导出便于使用的判断光的干涉及衍射结构的热影响可否忽略的表达式,同时给出实验结论.     

激光淬火温度场及材料性能的数值模拟

从相变理论和热弹塑性理论出发,并结合激光淬火实验资料,建立了考虑相变过程、温度场和变物性系数的非线性耦合热传导方程;建立了相变组织与材料性能的数值计算模型。然后用有限元法进行了温度场、相变组织分布、材料性能的数值模拟。通过计算与试验结果的比较,计算结果令人满意。在获得激光淬火最佳工艺参数、预测材料性能方面有一定的实际应用价值和理论研究价值     

激光打孔中激光束性能及光学和工件参数的优化选择

本文研究了激光精密打孔中，激光束性能，光学及工件系统参数对孔质量的影响。在诸多参数中进行优化选择后，加工出径为０．０５－２ｍｍ的精密小孔，在ＴＥＭ００模高质量光束运转时，采用望远镜系统大聚焦透镜前焦面的束关径，进一步改善光束聚焦性能，加工出２５－３０μｍ的精密微孔。     

激光淬火热致残余应力的数值分析

在分析温度、相变、应力的相互耦合关系的基础上,讨论了相变条件的数学模型和相应材料性能改变的方程,提出了反映相变影响的温度场控制方程,导出了含相变的热弹塑性本构方程,应用有限元进行了温度场、应力场的计算.