光纖激光水下切割不銹鋼的數(shù)值仿真及實驗研究.pdf

1、21世紀是海洋的世紀，在建造、維修及拆除海洋平臺、海底管道、海底儲油庫等海洋工程結(jié)構(gòu)物時，存在著維修或拆除費用高昂、作業(yè)環(huán)境惡劣、安全性差和破壞海洋生態(tài)環(huán)境等問題。而光纖激光水下切割技術(shù)具有高效便捷、節(jié)約成本、安全環(huán)保的優(yōu)勢，已經(jīng)成為一種前景廣闊的技術(shù)手段。與CO2激光器相比，光纖激光器更加適用于水下復雜環(huán)境的切割作業(yè)，因為其具有小型輕量化、維護成本低、穩(wěn)定性強、容易實現(xiàn)大功率化、可長距離傳輸?shù)葍?yōu)勢。
　　(1)本文主要研究光纖激

2、光水下切割不銹鋼的數(shù)值仿真及實驗研究。在ANSYS中模擬光纖激光水下切割不銹鋼的溫度場，研究不同激光功率和切割速度對光纖激光切割溫度場的影響。對材料的熱物理性參數(shù)和水的對流換熱系數(shù)的變化規(guī)律進行線性簡化，便于更加準確地設定材料與環(huán)境的邊界條件。相同時刻下，最高溫度點的位置由切割速度的快慢決定。
　　(2)在氬氣輔助的光纖激光水下切割1 mm厚304不銹鋼板實驗中，通過測量切縫平均寬度來研究激光功率、切割速度、水層厚度、水體條件等對

3、切割效率及切割質(zhì)量的影響規(guī)律。以1500W激光功率和300 mm/min切割速度切割水下5mm處的1mm厚304不銹鋼板獲得的切縫最為平整，切割質(zhì)量最佳。宏觀上，切縫宏觀形貌是熔池表面張力、溶液重力和輔助氣體壓力共同作用的結(jié)果。光纖激光切割效率和質(zhì)量隨著水層的增加、水溫的降低、水中鹽度的增加而降低。水層過厚和水溫低會加速鋼板冷卻從而導致激光能量的損失，另外鹽水中眾多離子也會吸收激光能量。
　　(3)為進一步研究激光參數(shù)和環(huán)境參數(shù)對

4、光纖激光水下切割效率和質(zhì)量的影響，以及切割過程中切縫形貌成形規(guī)律，本文從凝固方式、物相成分、晶粒尺寸、顯微硬度等角度對不銹鋼板切縫橫截面的熔化區(qū)和熱影響區(qū)的微觀組織形貌進行全面評估。微觀上，熔化區(qū)、熱影響區(qū)和基體的組織成分、顯微硬度各異，熔化區(qū)邊緣出現(xiàn)表面形核現(xiàn)象，熔化區(qū)晶胞尺寸隨著激光能量密度增大而增大;熱影響區(qū)奧氏體晶粒受熱循環(huán)的影響而發(fā)生粗化，顯微硬度低于基體與熔化區(qū)硬度。熔化區(qū)邊緣硬度達到242.8 HV，局部氧化區(qū)域硬度高達9