大光斑半導(dǎo)體激光-TIG復(fù)合熱源熔敷工藝及數(shù)值模擬.pdf

1、針對(duì)單一熱源在表面熔敷中合金粉末熔化、界面區(qū)熱量、溫度分布最佳范圍區(qū)間較窄的問(wèn)題，本文提出采用大光斑半導(dǎo)體激光與TIG電弧復(fù)合的方法用于表面熔敷，通過(guò)精確控制激光與電弧的耦合形式與參數(shù)匹配，合理調(diào)控復(fù)合熱源的特征與溫度分布，有望滿足粉末與基體在熔敷過(guò)程中的不同熱物理要求。本文主要從以下幾個(gè)方面對(duì)大光斑半導(dǎo)體激光及激光-TIG復(fù)合熱源進(jìn)行了熔敷工藝及熱源模型研究：
　　(1)利用大光斑半導(dǎo)體激光、TIG電弧及激光TIG電弧復(fù)合熱源的

2、特性，搭建了激光TIG復(fù)合熱源表面熔敷實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合熱源的表面熔敷；為了研究復(fù)合熱源在表面熔敷時(shí)的工藝區(qū)間范圍及熱源溫度場(chǎng)的特性，通過(guò)單道表面熔敷工藝試驗(yàn)及熱循環(huán)曲線測(cè)試，分別對(duì)比了CO2小焦點(diǎn)激光、大光斑半導(dǎo)體激光及激光TIG復(fù)合在表面熔敷中的優(yōu)缺點(diǎn)及熔敷參數(shù)對(duì)大光斑半導(dǎo)體激光與激光TIG復(fù)合熱源的表面形貌和溫度場(chǎng)分布的影響。通過(guò)工藝試驗(yàn)及熱循環(huán)測(cè)試實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。TIG電弧的引入能夠明顯降低熔池溫度梯度小，二者復(fù)合可明顯改善激光熱源

3、溫度梯度較大的問(wèn)題，并且可以通過(guò)調(diào)控電弧的熱源特性滿足激光對(duì)于低溫區(qū)域的熱量需求。
　　(2)對(duì)大光斑半導(dǎo)體激光和激光TIG復(fù)合熱源在進(jìn)行表面熔敷時(shí)熱源與粉末、粉末與基體、熱源與基體三者之間的傳熱過(guò)程進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上建立了單激光與激光TIG復(fù)合熱源模型，采用有限元的方法在ANSYS中對(duì)模型進(jìn)行了求解。模擬的溫度場(chǎng)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致。
　　(3)利用所建立的單激光和激光 TIG復(fù)合熱源模型分別對(duì)熔敷參數(shù)變化和合金粉末變