激光相变硬化处理的模拟

研究用矩形匀强激光光斑相变硬化处理金属材料的移动热源、机理与模拟计算等问题,建立了表面以下各部分材料的最高温度与距表面深度的关系曲线簇。从而可按要求的淬火(硬化)层深度等计算确定激光相变硬化处理参数,结果表明理论计算值与实验结果相符。     

球墨铸铁激光表面淬火硬化深度的解析计算

为了简单快速地得到激光表面淬火的硬化深度,利用激光加热过程中的半无限体表面点热源热扩散公式,在分析激光表面淬火相变硬化基本规律的基础上,对激光表面淬火硬化层深度的解析计算公式进行了推导和试验验证,并取得了较为理想的数据。结果表明,在现有试验条件下该计算方法是高效和正确的。     

激光淬火能量转换系数的ANSYS分析

基于有限元分析软件ANSYS对激光表面淬火温度场进行模拟,并结合实验的数据,建立了材料表面能量转换系数的变化规律的数学模型。通过再次实验验证表明,可用于预测激光表面淬火后的硬化层深并具有极高的精确性,为研究精确控制工艺参数和相变硬化层深提供新的研究思路。     

激光退火的一点注记

半导体激光退火、激光诱导表面沉积杂质的扩散、激光感应材料相变等应用研究中,都需要了解激光作用后材料的降温速率。使用毫微秒激光脉冲可以使多晶铝表面形成一薄薄的非晶层,用微微秒激光脉冲既能使硅单晶形成非晶,也能使非晶变成具有多层结构的晶态物质。简单理论指出,脉冲愈短,降温速率愈高,估算在微微秒的脉冲作用下降温速率会达10~(14)K/秒。但事实上我们用热熔化模型计算的结果是,可能达到的降温速率要比这个数     

激光材料加工的数学模型

本文从求解激光加热的热传导微分方程入手，分析了材料表面加热、熔化和汽化时温度分布的特点，还分析了激光快速加热和冷却下的组织转变模型、性能模型及激光相变硬化、激光熔敷合金化、激光焊接切割等加工方法的数学模型，介绍了在激光材料加工数学模型的研究中所得的几种主要结果。     

基于模糊控制的激光淬火控制算法研究

激光淬火是将激光光束照射到工件表面从而使温度上升以得到相应的相变组织的一个过程。激光淬火能够提高淬火区域抗磨损、抗疲劳以及抗腐蚀的机械性能。但是由于在激光淬火过程中影响激光表面淬火温度场形成的因素很多, 所以很难建立起相应的激光淬火温度场控制数学模型。本文在研究中利用先进的模糊控制技术, 设置相应的模糊控制规则表, 从而通过激光淬火实时的温度反馈, 实现对工件表面的激光淬火温度场进行可靠控制, 从而保证淬火质量。本文所涉及的激光淬火温度场模糊控制算法是以工件表面淬火温度偏差为输入, 以扫描速度为输出的单输入单输出的模糊控制, 具有实用性和可靠性。     

钨钼的激光焊及其应用

随着科学技术的发展,尤其是电子工业的迅速发展,需要焊接导热率大,熔化温度高的金属。广泛应用在电子器件中的钨钼等材料,一般用电阻焊已不能满足要求,采用激光焊能很好地达到要求,因为激光辐射源能使被焊零件表面具有高的功率密度,能确保高速加热,实现局部焊接的工艺。     

考虑熔池流动效应的选区激光熔化温度场模拟研究

利用有限单元法模拟选区激光熔化(selective laser melting, SLM)单道成形过程,建立热流耦合模型,考虑了固体金属材料性质随温度变化和相变过程,以及粉末间隙对材料性质的影响。利用焓-孔隙度方法模拟熔池凝固时的动量耗散,确定固-液相界面。根据能量守恒定律,在现有的圆柱体热源模型上,提出了旋转抛物体热源模型,并与传统高斯面热源模型选区激光熔化过程中温度分布和熔池尺寸的预测结果比较。结果表明,在试验激光能量密度研究范围内,旋转抛物体热源和高斯面热源模式下熔池宽度的平均预测误差分别为12.18%、7.07%。对于熔池宽度,高斯面热源的预测精度优于旋转抛物体热源。当激光能量密度为40～100 J/mm³时,旋转抛物体热源和高斯面热源模式下熔池深度的平均预测误差分别为17.00%和38.20%。对于熔池深度来讲,旋转抛物体热源预测精度优于高斯面热源。此外,研究发现考虑熔池流动效应作用下得到的熔池温度分布更加均匀。     

化学反应热效应对激光熔凝区几何特征的影响

为了研究附加化学反应热的激光熔凝区特征,采用在低合金钢表面预制Mg,Al和Fe3O4涂层进行激光处理,得到了化学反应热影响激光熔凝区形貌的实验结果。结果表明,引入化学反应热源,使激光熔化区宽度、热影响区宽度和深度增加,熔化区的深宽比降低;Al和Fe3O4涂层的熔化深度比表面黑化处理的熔深深,Mg和Fe3O4涂层的熔化深度比表面黑化处理的熔深浅;利用多元合金氧化物还原化学反应热和激光形成复合热源,可以快速形成多元合金共渗的熔凝层。     

选区激光熔化快速成型过程温度场数值模拟

为了优化铜磷合金粉末选区激光熔化快速成型的工艺参数,采用有限元分析软件ANSYS对其温度场进行了模拟,经理论分析和实验验证,获得了其温度场分布的数据.对材料未知温度范围内的热特性参数用插值法近似获得,采用不等网格剖分方式,用热焓去处理相变潜热问题.结果表明,其温度场的等温线分布为椭圆形,用模拟遴选的工艺参数(在铺粉厚度为0.22mm时,选用激光功率为100W、扫描速度为0.25m/s和激光束半径为0.1mm)能实现选区激光熔化快速成型.这一结果对其它粉末材料的选区激光熔化快速成型也是有帮助的.     

坦克高温表面相变红外抑制装置传热分析

为了降低坦克高温表面的红外辐射特性,设计了相变红外抑制装置,建立了传热模型,利用FLUENT软件进行了传热分析,并进行了实验验证,温度计算值与实验值对比,最大相对误差小于6.5%。传热分析结果显示,在坦克导热和太阳辐射等因素的作用下,相变材料发生恒温相变,液相率逐渐变大,红外抑制装置温度较坦克表面温度下降40%;坦克内热源温度的升高、相变材料厚度的减小均可导致相变提前开始、相变持续时间缩短;相变材料熔点温度的下降使相变开始时间提前,同时使红外抑制装置的温度降低。     

第七届全国激光学术报告会论文摘要

A组 A01 高磷铸铁的激光处理对抗空蚀性的影响华中工学院激光所李再光郑启光李家镕 王汉生海军后勤部装备所北海室胡伟光梁栋海军4808厂田鸿业王茂梁本文企图探讨用大功率连续CO_2激光处理柴油机缸套外壁以提高其抗空蚀性。为此用激光处理重180柴油机缸套材料(高磷铸铁)的空蚀试件,并将处理后的试件进行磁致伸缩振动试验。采用两种不同的处理方法:激光表面相变硬化和激光熔化-凝固。结果表明在相变硬化处理时,材料表面得到0.4mm左右厚的淬火马氏体组织,显微硬度在Hv500以上。当采用熔化-凝固处理时,表面可得一层深度大于0.5mm的极细的莱氏体共晶组织,显微硬度值     

盐溶液中20#钢激光渗碳、渗硅的研究

在盐溶液中 ,利用激光对 2 0 # 钢表面进行渗碳、渗硅和相变硬化相结合 ,实现了在对低碳钢表面化学渗碳、渗硅的同时 ,完成激光表面淬火处理。研究表明 ,2 0 # 钢在盐溶液中激光渗碳、渗硅后 ,可将材料表面的碳、硅含量增加 2倍 ;渗层具有一定厚度 ,主要由马氏体和贝氏体组成 ,试样表面的硬度提高到原试样的 2 5～ 3倍 ,耐磨性可达到处理前的 4～ 7 5倍。在浓度为 10 %的H2 SO4溶液中 ,静态腐蚀 2 4 0h后的实验表明 ,2 0 # 钢在经过激光渗硅化学热处理后 ,抗腐蚀能力可提高 4 0 %左右。     

准分子激光对掺杂SnO2气敏元件性能的影响

一定能量密度的准分子激光作用于掺杂ＳｎＯ２烧结型气敏元件敏感材料表面后，元件性能发生了显著的变化。元件电阻和对气体的灵敏度比作用前有明显的增加，同时材料表面颜色生变化，分析认为该过程中由于短脉冲的准分子激光作用，使ＳｎＯ２材料快速升温熔化并快速冷凝重构，导致表面变性，从而引起了材料电性能和气体敏感性能的变化。     

扩展毫秒脉冲YAG激光器焊接应用的潜力

1 引言如果激光脉宽超过10-8s、强度小于109W/cm2（通常对自由振荡状态的固体脉冲激光器是成立的），强激光对金属和合金的作用，可用等效热源代替激光进行讨论[1~4]。由于要解决各种工艺课题，主要是与照射材料熔化和气化有关的课题有广泛的有效应用，在很大程度上刺激了激光加热物理的研究。特别是零件焊接要把材料加热至熔化温度并形成公共熔池。最有兴趣的是这样的焊接状态：熔融物的自由表面强烈弯曲，起光导作用的蒸气气体通道增大，使激光到达冷的底部[4]。正是这种情况保证了熔区的最大深度和辐射能量的最有效利用。具有与周围液…     

金属粉末选区激光熔化成形过程温度场模拟

利用ANSYS有限元软件对选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形过程的三维瞬态温度场的分布变化进行了数值模拟;在考虑材料的热物性参数随温度变化和相变非线性行为的情况下,建立了选择性激光熔化(SLM)的三维温度场有限元模型;并利用ANSYS参数化设计语言(APDL)实现了激光高斯热源的移动加载.模拟结果表明随着扫描时间的增加,由于热积累效应,熔池的温度越来越高,热影响区也随之增大;熔化成形过程中,光斑中心的前端存在较大的温度梯度;扫描速度小,容易造成液相的流动,出现孔洞,扫描速度过大,则粉末不能完全熔化;模拟得到的结果与实验结果相吻合.     

激光对二元合金表面相变硬化的数值模拟

本文用有限差分法对合金材料激光相变硬化过程的温度场进行了三维数值计算。模型主要考虑了入射激光光束的Ｇａｕｓｓ分布特性,以及工件的有限尺寸,工件材料热物理性质的温度依赖关系,对流、辐射造成的表面热损失。根据模型可以得出工件表面及内部的温度分布,并预测激光处理的相变层深。     

金属材料激光相变硬化的三维数值模拟

给出了用有限差分法对金属材料激光相变硬化过程建立的三维数值模型。模型考虑了工件有限尺度、工件材料热物理性质的温度依赖关系、激光处理参数以及对流、辐射造成的表面热损失．根据模型可以得出工件表面和内部任意部位的三维温度分布像，可以预测激光处理的相变层深，并据此优化激光处理参数的选定．通过对一种锆合金的激光相变硬化实验，验证了所得结果与模型理论计算的一致．     

基于CPLD的激光驱动电源的设计

1 引言 激光加工主要是利用CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料,来完成所需轨迹图形的切割或者相应工艺品表面的雕刻.激光加工属于非接触加工,具有加工方法多、适应性强、加工精度高、质量好和加工效率高等优点.激光驱动电源作为激光器的直接控制单元,其光开关响应的最高频率和出光功率稳定和可靠性会直接影响最终的加工效果.基于快速响应和出光稳定的需求,乐创自动化技术有限公司研发了一种基于CPLD的数字式大功率激光驱动电源.     

超快激光诱导单晶硅瞬态光学性质演化机理

研究了从亚皮秒到皮秒范围内的不同脉宽和不同能量密度的激光作用下单晶硅材料表面瞬态光学性质的演化规律。这项工作基于考虑了相变潜热的双温方程、载流子数密度模型,通过计算激光辐照过程中的载流子温度、晶格温度和激发态载流子数密度和介电常数,模拟了光子到电子以及电子到声子的能量传递过程,最终得到了单晶硅表面折射率和消光系数的变化结果。有助于揭示亚皮秒到皮秒脉冲宽度范围的超短脉冲激光辐照下,单晶硅材料瞬态光学性质的演化机理。理论结果表明,若单个激光脉冲无法使单晶硅熔化,则不同的激光能量密度和不同的激光脉宽对最小折射率的影响非常有限,在0.3~0.4 J/cm2的激光能量密度范围内,每0.01 J/cm2的能量密度改变引起的最小折射率变化率小于0.5%。若单个激光脉冲能使单晶硅熔化,则不同能量密度和不同脉宽的激光对硅表面的折射率和消光系数有不同程度的影响。该研究结果可为基于超短脉冲激光的单晶硅材料加工和表面改性提供一定的理论指导。