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飞秒激光加工K24高温合金的仿真与试验分析

发布时间:2018-01-19 08:45

  本文关键词: 飞秒激光 K高温合金 有限差分法 线性假设理论 正交试验 出处:《哈尔滨工业大学学报》2017年07期  论文类型:期刊论文


【摘要】:为探究飞秒激光与K24镍基高温合金的作用机理,应用普朗克方程与菲涅尔公式,推导出K24反射率与吸收率随激光脉宽的变化曲线.利用固体力学的线性假设方程,推导出K24高温合金的晶格热容和电子比热.结合简化的一维双温模型,采用有限差分法解析单脉冲飞秒激光与K24高温合金作用过程中电子和晶格的温度变化,基于K24高温合金的蒸发温度推导得出单脉冲飞秒激光作用下合金的理论蚀除深度.用较低频率的激光进行了验证试验.用正交实验分析激光平均功率、焦点进给距离、扫描次数、扫描速度等工艺参数对加工微孔形貌的影响规律.结果表明:扫描速度对加工微孔形貌的影响最大,进给距离次之,而激光能量和扫描次数对微孔形貌的影响较小.研究结果为飞秒激光对高温合金的高质量微孔加工提供了理论和实验基础.
[Abstract]:In order to study the interaction mechanism between femtosecond laser and K24 nickel-based superalloy, Planck equation and Fresnel formula were applied. The curve of K24 reflectivity and absorptivity with laser pulse width is derived. The linear hypothesis equation of solid mechanics is used. The lattice heat capacity and electron specific heat of K24 superalloy are derived. The temperature changes of electrons and lattice during the interaction of monopulse femtosecond laser with K24 superalloy were analyzed by finite difference method. Based on the evaporation temperature of K24 superalloy, the theoretical etching depth of the alloy under the action of single pulse femtosecond laser was derived. The verification test was carried out with a lower frequency laser, and the average laser power was analyzed by orthogonal experiment. The effect of the parameters such as focus feeding distance, scanning times and scanning speed on the micropore morphology was studied. The results showed that the scanning speed had the greatest influence on the micropore morphology, followed by the feed distance. The results provide a theoretical and experimental basis for femtosecond laser processing of high quality micropores in superalloys.
【作者单位】: 长春理工大学空间光电技术研究所;哈尔滨工业大学机电工程学院;浙江大学机械工程学院;
【基金】:国家高技术研究发展计划(2015AA042702) 黑龙江省应用技术研究与开发计划(GX16A003)
【分类号】:TG132.3;TG665
【正文快照】: 高温合金是一种沉淀强化型镍基铸造高温合金,具有强度高、抗疲劳性强、高温下热稳定等特性,因此被广泛应用于航天航空领域的热端部件[1].但是,由于高温合金含有金属互化物、碳化物、氮化物和硬点等强化相,是一种典型的难加工材料,尤其是此类材料微孔(≤50μm)的加工,目前的主

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