1064nm重频激光辐照复合金属温度场的研究

发布时间：2021-08-01 14:40

　　激光与金属材料相互作用的过程中,随着激光参数的不同,靶材表面会发生温度升高、熔融、气化等物理现象。激光与物质作用过程中的热效应,其变化规律以及变化机理都是激光科学重要的研究分支,特别是研究激光与金属靶材作用的温度变化在实际生产生活中有重要指导意义。随着激光能量,作用时间,光斑大小等参数的变化,金属表面的温度也会随之变化,然而由于纳秒脉冲激光作用时间短、能量高,对于金属表面的实时温度演化过程在实验层面很难进行检测以及研究,且靶材温度的变化有诸多影响因素,无法确定实验结果的准确性。本文采用模拟和实验相结合的方式,利用有限元分析软件COMSOL Multiphiscs建立了三维有限元模型,在考虑不同种金属之间热传导的环境下,模拟了靶材交界面附近温度随激光能量、脉冲频率的变化规律,探究两种金属之间热相互作用带来的温度变化情况。同时在实验上进行了激光辐照复合金属靶材的实验研究,根据所采集的光谱数据,利用普朗克黑体辐射定律反演计算了靶材表面的温度,实验与模拟结果相符,得出了激光辐照复合金属靶材时其温度场的变化规律。 

【文章来源】：长春理工大学吉林省

【文章页数】：49 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

不同温度下的频谱曲线

图 3.1 有限元网格模型激光对复合金属热作用的温度场随时间和空间的变化激光器能量分布相同的高斯分布表示激光输出功率，并对初始条件和边界条件做对应的限定。合实际的表示了脉冲激光输出功率密度分布，考虑并建。重复频率激光作用于复合金属靶材的理论模型示意照复合金属交界面，入射激光束为高斯型光束，激光设互作用过程十分复杂，为了简化计算，做如下假设：靶材均是各向同性；程中金属靶材未发生严重的几何形变；对流；忽略边界热对流和热辐射的影响。

图 3.2 激光与复合金属作用示意图 图 3.3 激光能量高斯光束模拟图模拟中选取的材料分别为 Al、Cu，对于该种材料，其热学参数如下所示：表 3-1 两种不同金属物理性质金属密度(固体）g/cm3密度（液体）g/cm3熔点℃ 沸点℃比热J铝 2.702 2.385 660.37 2467.0 铜 8.735 8.000 1083.4 2567.0 金属比热容（液体）J/KgK热导率(固体）W/mK热导率(液体)W/mK线性吸收系数δ/nm反铝 1050 237 100 10 铜 558 386 324 13

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本文编号：3315711