鎳基高溫合金脈沖激光打孔數(shù)值模擬及實驗研究.pdf

1、激光打孔屬于非接觸式加工方法，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到了汽車工業(yè)、船舶制造、航空航天、儀器儀表以及醫(yī)療技術(shù)等諸多行業(yè)之中。相比于其它微孔加工方法，具有成本低、效率高、能夠加工高密度群孔等優(yōu)勢，已成為應(yīng)用前景最廣的微孔加工方法。本文主要從理論研究、數(shù)值模擬和實驗分析三個方面對鎳基高溫合金GH4037的激光打孔進(jìn)行深入研究。
　　首先，從激光與材料之間相互作用的機(jī)理出發(fā)，深入研究了毫秒脈沖激光打孔的物理過程，詳細(xì)分析了光致等離子體等因素對能量

2、吸收率的影響，介紹了激光打孔的幾種方式及各自的特點。
　　其次，建立了激光打孔的物理模型、數(shù)學(xué)模型和有限元模型，利用APDL語言編寫了模擬激光打孔的程序，得到了不同脈沖個數(shù)作用下的溫度場分布云圖和孔輪廓圖，并求解出了不同脈沖個數(shù)作用下的上孔徑、下孔徑、孔深和錐度。采用控制變量法進(jìn)行不同脈沖個數(shù)的激光打孔實驗，得到了不同脈沖個數(shù)作用下的孔截面、上孔徑、下孔徑、孔深和錐度。并且將實驗結(jié)果與模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析，不僅驗證了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確

3、性，還研究了脈沖個數(shù)對激光打孔的影響，為后續(xù)實驗方法的制定以及實驗參數(shù)的選擇提供了指導(dǎo)。
　　再次，基于脈沖個數(shù)對激光打孔影響的數(shù)值模擬及實驗論證，為了提高打孔效率，保證打孔質(zhì)量，針對激光打通孔的特點，利用穿透檢測功能專門為激光打通孔設(shè)計了改進(jìn)型控制變量法，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)控制變量法在激光打通孔實驗上的缺陷。
　　最后，基于DMG LASERTEC80 PowerDrill毫秒脈沖激光打孔系統(tǒng)，采用改進(jìn)型控制變量法系統(tǒng)地研究了離焦

4、量、輔助氣體、擴(kuò)束比、脈沖能量、脈沖寬度、重復(fù)頻率對激光打孔的影響。研究結(jié)果表明：離焦量和擴(kuò)束比對激光打孔的影響最為顯著，當(dāng)離焦量為0mm，擴(kuò)束比為4時，能夠獲得較好的打孔質(zhì)量。脈沖能量、脈沖寬度和重復(fù)頻率對激光打孔的影響較為明顯，當(dāng)脈沖能量為1J，脈沖寬度為0.8ms～1ms，重復(fù)頻率為60Hz時，能夠獲得較好的打孔質(zhì)量。當(dāng)輔助氣體選用氬氣時能夠顯著減少孔內(nèi)壁的微裂紋以及降低孔內(nèi)壁的粗糙度，但是打孔效率較低，適合在厚度較小的材料上加工