激光弯曲机理的试验研究

通过对试件在激光与材料非熔凝作用下动态变形过程的实时测量及光斑中心处横截面的金相分析 ,得知激光弯曲变形是热应变和相变共同作用的结果 .试验结果表明 :激光弯曲变形的大小和方向取决于材料吸收的能量、材料特性和材料的厚度 ,并给出了这些影响因素的变化规律 .研究结果进一步完善了激光弯曲的变形机理 。

激光弯曲机理的评述

对激光弯曲变形机理问题进行了探讨,提出了激光弯曲的变形机理本质上是温度梯度机理,反向弯曲机理和增厚机理是当材料厚度方向的温度梯度很小时,针对不同厚度的材料而出现的现象.实验发现有限厚度材料在激光辐照作用下,其内部产生了用经典傅里叶定律无法解释的非常规温度分布,将其定义为泛傅里叶效应,用于进一步揭示激光弯曲机理的实质.

激光点热源作用下动态微变形的数值模拟与校验

采用MSC.Marc非线性有限元软件,对试件在激光点热源作用下动态微变形过程进行了数值模拟。通过激光反射放大系统测量了试件在激光点热源作用下的动态微变形过程。模拟值与实测值的结果表明:热应力和相变应力的共同作用使得试件产生微变形,最终试件的变形方向取决于热应变和相变共同作用的结果,朝向激光束或背向激光束。比较实验值和模拟值,发现变形的最大值相近,变形过程却略有不同。考虑到激光点热源作用下有限厚度的试件内,温度场分布出现的反常效应,即内部的温度大于边界温度,提出采用波动理论修正经典的热传导计算模型,可望有效地提高模拟过程的计算精度。结论为进一步研究薄板激光弯曲的变形机理及变形过程奠定了基础。

激光点热源作用下试件内部热传导的实验研究

通过红外热像仪测温装置,对有限厚度试件在激光点热源作用下热作用区侧面温度分布进行实时测量。结果表明:对于小厚度的试件,材料内部温度分布与用傅立叶定律得到的结果完全相反,材料内部的温度高于边界温度。对比短脉冲激光作用下产生非傅立叶效应的条件,它们之间有很大差异,由此提出将实验中出现的非常规现象定义为泛傅立叶效应,认为它是由于热量传播到边界时发生反射、叠加等波动行为所致。

激光非熔凝热物理过程的试验研究

激光加工技术是先进、高效的制造手段,在航空、机械及国防工业等部门已经或有望得到广泛的应用.激光非熔凝加工可使金属薄板在无模具下发生热塑性变形,实现薄板无模成形,或者改善模具成形零件的贴模性与定型性;也可以对模具表面进行热处理,改善模具表面硬度、耐磨性、韧性等综合力学性能,在保证复杂模具的精度要求下,提高模具的使用寿命.激光非熔凝热物理过程的试验在匈牙利布达佩斯技术与经济大学机械工程系激光实验室进行.试件(100 mm×2 mm×2 mm)一端被夹持在工作台上,自由端上表面粘贴一块7 mm×7 mm的有机玻璃,用来将从He-Ne激光器(5 W)出来的光束反射到屏风上的坐标纸上,将微小变形放大后,用高精度摄像机记录光点在坐标纸上的运动过程;同时用热像仪记录试件在此过程中热作用处侧面的厚向温度分布.激光照射在试件的中点,连续照射时间是0.782 s,试件被照射表面涂石墨以提高材料对激光的吸收率,并对光斑中心处横截面的金相进行分析.结果表明:试件的最终变形是热应变和相变共同作用的结果,进一步完善了薄板激光弯曲的变形机理;侧面厚向温度场的分布规律受试件有限厚度的影响不容忽视.试验结果为进一步研究薄板激光弯曲过程及模具刃口处表面的强化效果奠定了基础.(PE16)