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耐热钢激光表面改性辐照过程温度场数值模拟

张尔康  
【摘要】:激光的应用已经遍及到人们生活的各个领域,远远超出了人们原有的想象。人们难以用实验的方法直接测量激光辐照过程的温度场分布,在实践中仍主要依靠试验和经验来获得激光工艺参数。随着现代计算科学技术的发展,可借助先进的计算机技术,对影响激光辐照过程的工艺参数作出定量的分析。本文结合ANSYS有限元分析软件,对激光辐照过程的温度场进行有限元模拟,并在此基础上展开一系列研究。 本文采用5kW的CO2激光加工系统,在SCH13钢表面熔覆CoNiCrAlY合金粉末,对SCH13钢激光辐照过程的温度场进行全面的分析,利用ANSYS有限元软件的APDL参数设计语言以实现移动热源模拟计算激光辐照温度场。借助温度场的模拟结果和验证性实验根据熔覆层与基材的结合状况,选择合理的激光工艺参数并讨论其对温度场的影响。采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对SCH13钢表面熔覆CoNiCrAlY合金层的组织、结构进行了分析检测,并针对具体的模拟结果进行了试验验证。对激光辐照工艺参数的最佳优化有一定的借鉴意义。 在激光辐照过程中,通过对不同激光输出功率和扫描速度、光斑半径的选定,可以优化工艺参数。并且表明熔池中心温度与激光功率成正比,熔池中心温度与激光扫描速度、光斑直径成反比。通过模拟得知,在激光辐照条件下,SCH13基材表面熔覆CoNiCrAlY合金粉末涂层的最佳工艺参数为:激光输出功率1200W,扫描速度10mm/s,激光直径2.5mm。


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