磁场对激光烧蚀金属靶材的影响研究
发布时间：2021-03-22 07:17
激光作为现代加工领域的一种应用范围较广的加工工具,如激光打孔、金属切割、材料焊接、熔覆制备涂层等,在汽车制造领域、商品加工领域、船舶加工领域和航天领域乃至外太空作业等有广泛的应用。随着现代社会生产节奏的高速发展,生产力也急需随之提高,而如何提高激光加工的效率被现在社会密切关注。前期研究结果表明,在合理配置外置磁场的情况下,可以有效提高激光能量利用率,提高激光的烧蚀效率,从而提高激光的加工效率,针对外置磁场对激光的加工效率提高的问题,论文从数值模拟分析和实验两方面入手,以非铁磁性金属材料铝和铁磁性金属材料铁这两种典型材料作为研究对象,开展了磁场对激光烧蚀金属靶材的影响研究,论文的研究工作为外置磁场下激光加工工艺参数的改进提供了理论基础和实验依据。针对外置磁场对毫秒激光烧蚀金属材料过程的作用机制,论文从激光烧蚀金属的过程和电磁场作用的理论体系出发,重点探讨了电磁场对激光诱导热作用的影响。基于傅里叶热传导理论,分析了金属吸收激光能量的温升变化,到熔融后金属靶材的相变过程。建立了磁场作用下电磁力对激光烧蚀铝、铁的影响物理模型,并利用有限元软件进行多物理场耦合,采用继承解的方式,对磁场下激光烧蚀...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电磁场作用激光焊接实验装置图
第1章绪论2焊接的质量，具体实验装置如图1.1所示。图1.1电磁场作用激光焊接实验装置图2012年昆明理工大学的刘洪喜对Q235钢材上制备Ni60CuMow复合涂层通过采用磁场辅助激光熔覆技术可以改善效果进行报道[2]。涂层的微观结构和相分析是通过SEM，EDS和XRD进行的，实验结果表明，该涂层的成分主要由一部分γ-Ni，硅化物和少量的Cu与固溶体硼化物所构成，这种方式形成的Cr3Si晶粒精度较大。通过施加磁场力的作用，腐蚀电位差提高了100mv，复合熔融层的平均显微硬度增加到913HV0.5，施加磁场力的数值为无磁场情况下的1.5倍，质量迁移为无磁场辅助时涂层的36％，腐蚀电流密度降低了70％，实验结果表明，通过施加磁场的作用使熔覆层的耐磨性和耐蚀性得到显著提高，具体实验装置如图1.2所示。图1.2磁场辅助激光熔覆实验装置图陆军装甲兵力装备制造技术国防科学技术重点实验室王晓明和中国科学院沈阳材料科学国家联合实验室与2014年报告了在5083铝合金表面可采用外加磁场的方式辅助激光熔覆五元金属玻璃熔覆层[3]。通过实验进行相关成分和熔覆层性能分析，结果表明，熔覆的包覆层主要是由非晶态，α-Al相和Al4NiY等金属间化合物组成。通过施加旋转磁场使包层进行搅拌，搅拌后非晶相含量提高，从10.2％增加至30.7％，有效抑制了多层堆叠过程中重熔区晶粒的生长，并减少残余应力，细化了包覆层的晶
第1章绪论3粒结构，提高了显微硬度和韧性，通过测量，材料的平均抗拉强度为303MPa，占基体抗拉强度的110.2％。平均伸长率为6.79％，占基质的33.1％，具体实验装置如图1.3如示：图1.3激光熔覆五元金属玻璃装置图沈阳航空航天大学国防重点实验室的钦兰云于2014年报告研究了磁场对激光沉积钛合金搅拌作用影响材料结构和性能[4]。将旋转磁场装置纳入激光成形系统并进行了激光沉积钛合金凝聚实验。实验研究了采取不同磁场参数，研究其对钛合金的宏观形貌和微观结构的影响，并检测了钛合金沉积后的显微硬度。结果表明：由于磁场的作用使得熔池中形成强对流，于沉积层的表面形成凹形。通过改变磁场的搅拌速度，可以细化沉积层的α层结构，并提高硬度至440HV0.1。旋转磁场的施加使熔池的对流加强，增加熔池的冷却效率，对沉积层中的层状结构进行细化，并改善了沉积层的机械性能，具体实验装置如图1.4所示：图1.4磁场影响激光沉积钛合金实验装置图2014年浙江工业大学激光加工技术工程研究中心的胡勇针对熔池内部流场和热力场难以进行实验测量的问题建立了物理模型[5]。基于固液多相系统模型，并考虑了固液相变，传热和流动，表面张力，热浮力和激光熔池中的安培力，电磁激光复合材
【参考文献】：
期刊论文
[1]定向洛伦兹力对激光熔覆熔池排气的影响[J]. 胡勇,王梁,李珏辉,张群莉,姚建华,Volodymyr Kovalenko. 中国激光. 2018(08)
[2]激光等离子体强磁环境研究进展[J]. 孙伟,仲佳勇. 物理. 2018(07)
[3]激光-电磁场复合强化对45钢硬度的影响[J]. 沈俊波,黄丽燕,刘建永,郭维昭,曾维林. 钢铁研究学报. 2018(06)
[4]磁场辅助激光熔覆铝基金属玻璃覆层[J]. 王晓明,朱胜,杨柏俊,张垚,徐安阳. 航空学报. 2018(11)
[5]横向静磁场对激光熔化增材制造Al-12%Si合金凝固组织的影响[J]. 帅三三,林鑫,肖武泉,余建波,王江,任忠鸣. 金属学报. 2018(06)
[6]旋转磁场辅助激光相变硬化层的组织和耐磨性能[J]. 黄丽燕,沈俊波. 金属热处理. 2018(05)
[7]电磁复合场对激光熔注增强颗粒分布梯度的调控[J]. 王梁,胡勇,林英华,李珏辉,姚建华. 中国激光. 2018(10)
[8]强激光在非均匀磁化电子-正电子-离子等离子体中的传播[J]. 洪学仁,景敏,石玉仁,成丽红. 西北师范大学学报(自然科学版). 2018(03)
[9]电磁搅拌对激光熔池熔体流速及其凝固组织影响研究[J]. 杨光,赵恩迪,钦兰云,李长富,王维. 红外与激光工程. 2017(09)
[10]磁场对激光焊接钢/铝异种金属焊缝性能的影响[J]. 丁浩,徐家乐,谭文胜,黄舒,周建忠. 中国激光. 2017(09)
博士论文
[1]外加横向磁场对高速GMAW驼峰焊道抑制机理的研究[D]. 王林.山东大学 2018
[2]永磁体间的磁力和磁力矩研究[D]. 历建刚.吉林大学 2015
硕士论文
[1]高温合金毫秒激光打孔实验与数值模拟研究[D]. 朱林中.江苏大学 2017
[2]毫秒脉冲激光烧蚀铝板实验及数值模拟计算[D]. 吴宝.北京理工大学 2016
[3]交变磁场下铁基合金粉末激光熔层组织与性能研究[D]. 宗磊.燕山大学 2016
[4]磁场辅助光纤激光焊接工艺研究[D]. 赵泽洋.华中科技大学 2016
[5]毫秒脉冲激光烧蚀下金属靶材温度场与热应力分析[D]. 赵志培.天津大学 2012
[6]激光热处理过程中材料的激光吸收率研究[D]. 陈君.浙江工业大学 2008
本文编号：3093866
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电磁场作用激光焊接实验装置图
第1章绪论2焊接的质量，具体实验装置如图1.1所示。图1.1电磁场作用激光焊接实验装置图2012年昆明理工大学的刘洪喜对Q235钢材上制备Ni60CuMow复合涂层通过采用磁场辅助激光熔覆技术可以改善效果进行报道[2]。涂层的微观结构和相分析是通过SEM，EDS和XRD进行的，实验结果表明，该涂层的成分主要由一部分γ-Ni，硅化物和少量的Cu与固溶体硼化物所构成，这种方式形成的Cr3Si晶粒精度较大。通过施加磁场力的作用，腐蚀电位差提高了100mv，复合熔融层的平均显微硬度增加到913HV0.5，施加磁场力的数值为无磁场情况下的1.5倍，质量迁移为无磁场辅助时涂层的36％，腐蚀电流密度降低了70％，实验结果表明，通过施加磁场的作用使熔覆层的耐磨性和耐蚀性得到显著提高，具体实验装置如图1.2所示。图1.2磁场辅助激光熔覆实验装置图陆军装甲兵力装备制造技术国防科学技术重点实验室王晓明和中国科学院沈阳材料科学国家联合实验室与2014年报告了在5083铝合金表面可采用外加磁场的方式辅助激光熔覆五元金属玻璃熔覆层[3]。通过实验进行相关成分和熔覆层性能分析，结果表明，熔覆的包覆层主要是由非晶态，α-Al相和Al4NiY等金属间化合物组成。通过施加旋转磁场使包层进行搅拌，搅拌后非晶相含量提高，从10.2％增加至30.7％，有效抑制了多层堆叠过程中重熔区晶粒的生长，并减少残余应力，细化了包覆层的晶
第1章绪论3粒结构，提高了显微硬度和韧性，通过测量，材料的平均抗拉强度为303MPa，占基体抗拉强度的110.2％。平均伸长率为6.79％，占基质的33.1％，具体实验装置如图1.3如示：图1.3激光熔覆五元金属玻璃装置图沈阳航空航天大学国防重点实验室的钦兰云于2014年报告研究了磁场对激光沉积钛合金搅拌作用影响材料结构和性能[4]。将旋转磁场装置纳入激光成形系统并进行了激光沉积钛合金凝聚实验。实验研究了采取不同磁场参数，研究其对钛合金的宏观形貌和微观结构的影响，并检测了钛合金沉积后的显微硬度。结果表明：由于磁场的作用使得熔池中形成强对流，于沉积层的表面形成凹形。通过改变磁场的搅拌速度，可以细化沉积层的α层结构，并提高硬度至440HV0.1。旋转磁场的施加使熔池的对流加强，增加熔池的冷却效率，对沉积层中的层状结构进行细化，并改善了沉积层的机械性能，具体实验装置如图1.4所示：图1.4磁场影响激光沉积钛合金实验装置图2014年浙江工业大学激光加工技术工程研究中心的胡勇针对熔池内部流场和热力场难以进行实验测量的问题建立了物理模型[5]。基于固液多相系统模型，并考虑了固液相变，传热和流动，表面张力，热浮力和激光熔池中的安培力，电磁激光复合材
【参考文献】：
期刊论文
[1]定向洛伦兹力对激光熔覆熔池排气的影响[J]. 胡勇,王梁,李珏辉,张群莉,姚建华,Volodymyr Kovalenko. 中国激光. 2018(08)
[2]激光等离子体强磁环境研究进展[J]. 孙伟,仲佳勇. 物理. 2018(07)
[3]激光-电磁场复合强化对45钢硬度的影响[J]. 沈俊波,黄丽燕,刘建永,郭维昭,曾维林. 钢铁研究学报. 2018(06)
[4]磁场辅助激光熔覆铝基金属玻璃覆层[J]. 王晓明,朱胜,杨柏俊,张垚,徐安阳. 航空学报. 2018(11)
[5]横向静磁场对激光熔化增材制造Al-12%Si合金凝固组织的影响[J]. 帅三三,林鑫,肖武泉,余建波,王江,任忠鸣. 金属学报. 2018(06)
[6]旋转磁场辅助激光相变硬化层的组织和耐磨性能[J]. 黄丽燕,沈俊波. 金属热处理. 2018(05)
[7]电磁复合场对激光熔注增强颗粒分布梯度的调控[J]. 王梁,胡勇,林英华,李珏辉,姚建华. 中国激光. 2018(10)
[8]强激光在非均匀磁化电子-正电子-离子等离子体中的传播[J]. 洪学仁,景敏,石玉仁,成丽红. 西北师范大学学报(自然科学版). 2018(03)
[9]电磁搅拌对激光熔池熔体流速及其凝固组织影响研究[J]. 杨光,赵恩迪,钦兰云,李长富,王维. 红外与激光工程. 2017(09)
[10]磁场对激光焊接钢/铝异种金属焊缝性能的影响[J]. 丁浩,徐家乐,谭文胜,黄舒,周建忠. 中国激光. 2017(09)
博士论文
[1]外加横向磁场对高速GMAW驼峰焊道抑制机理的研究[D]. 王林.山东大学 2018
[2]永磁体间的磁力和磁力矩研究[D]. 历建刚.吉林大学 2015
硕士论文
[1]高温合金毫秒激光打孔实验与数值模拟研究[D]. 朱林中.江苏大学 2017
[2]毫秒脉冲激光烧蚀铝板实验及数值模拟计算[D]. 吴宝.北京理工大学 2016
[3]交变磁场下铁基合金粉末激光熔层组织与性能研究[D]. 宗磊.燕山大学 2016
[4]磁场辅助光纤激光焊接工艺研究[D]. 赵泽洋.华中科技大学 2016
[5]毫秒脉冲激光烧蚀下金属靶材温度场与热应力分析[D]. 赵志培.天津大学 2012
[6]激光热处理过程中材料的激光吸收率研究[D]. 陈君.浙江工业大学 2008
本文编号：3093866
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