切向气流对激光辐照金属板熔融损伤效果影响(2)

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2.2.1毛细波携带移除机理…5

2.2.2剪切力移除机理5

2.3气动力效应6

2.4促进氧化反应7

2.5本章小结7

3激光辐照薄金属板加载切向气流的理论模型8

3.1不同速度切向气流条件下激光辐照金属板的温升变化过程分析8

3.1.1传热学基本理论…8

3.1.2温度场计算模型10

3.1.3温度结果及讨论11

3.2不同速度切向气流条件下激光辐照金属板的热应力及形变变化过程分析14

3.2.1热应力基本理论14

3.2.2热应力结果及讨论…15

3.2.3形变量结果及讨论19

3.3切向气流的热损失分析…21

3.4本章小结23

结论24

致谢25

参考文献26

图1毛细波携带移除机理说明图5

图2剪切力移除机理说明图6

图3热弹性模型示意图7

图4激光辐照金属板的模拟模型图…10

图5激光辐照金属板的热分布状况…12

图6金属板上表面在不同速度气流条件下的温度分布（激光辐照3s时）12

图7金属板下表面在不同速度气流条件下的温度分布（激光辐照3s时）13

图8中心点温度随时间的变化…13

图9激光辐照3s时金属板上表面中心点温度14

图10激光辐照金属板的热应力分布状况15

图11金属板上表面在不同速度气流条件下的热应力分布(激光辐照3s时)16

图12金属板下表面在不同速度气流条件下的热应力分布(激光辐照3s时)17

图13中心点热应力随时间变化…17

图14激光辐照3s时金属板上表面中心点温度18

图15铝合金初始屈服应力随温度的变化…18

图16金属板上表面在不同速度气流条件下的形变(激光辐照3s时)…19

图17金属板下表面在不同速度气流条件下的形变(激光辐照3s时)…20

图18中心点形变随时间的变化21

图19不同速度气流条件下达到相同温升所需激光强度…22

表3.1铝合金常温下物理性质表11

表3.2空气常温下物理性质表11

表3.3不同速度气流条件下达到同样温升所需激光强度…22
1 绪论1.1 研究背景及意义自1960年美国科学家T.Maiman发明世界上第一台红宝石激光器以来，因激光的相干性、单色性、方向性和极高的能量密度等很多优良的性质备受世人关注。随后几十年中，由于人们在军事、科技以及经济上的各种需求，激光器得到了极为快速的发展。如今，激光器因其优良的特性，被运用在各个角落，从科技到军事再到生产，激光器甚至进入到手术室帮助患者解决病痛。由于激光的种种优势、特点，激光加工已经成为先进制造业发展的趋势，更多的国家也开始投入大量资金对其进行研究。激光与金属材料相互作用的研究是激光加工研究中十分重要的一个方面，尤其在高科技产业、军事、航天产业中有着巨大的应用，因此研究激光致金属材料的热力学损伤效应具有重要的意义及研究前景。深入的了解激光辐照金属板过程中的一系列原理、机制，能有效帮助人们提高生产效率、提升生产品质。切向气流最初是作为一种激光加工辅助方式进入人们的研究中的。为了保护光学器件和被切割物体表面不被飞溅出的液滴、蒸汽损伤，激光加工时常会在目标物表面加以有一定速度的气流，来对目标物进行保护。金属材料在受到激光辐射之后，辐照区域内温度将会迅速上升,辐照区域周围也会产生温度梯度，并引起材料结构内部的热应力和热应变。在空气自然对流的条件下，激光辐照金属板从升温到熔融再气化的有关加热机制、阈值参数已经得到了广泛的研究。当我们在金属板表面加以有一定速度的切向气流时，激光对金属板的加热效果会有不同，其他参数也会改变。当在表面加以亚音速气流时，一方面气流对金属板的对流换热表现为冷却效应，受气流的冷却效应的影响，目标金属板熔穿的时间会变长；另一方面又由于高速的气流会带走熔融金属层，所以会增加消融几率；除此之外，不同组分的高速气体也会和金属靶面发生物理、化学反应，引起实验结果的变化。科学合理的利用切向气流对激光辐照金属板带来的变化与影响，会在实际应用带来帮助。所以，激光辐照金属板研究在现实中也是有极高的研究价值的。