激光再制造熔池温度场检测研究

2013-06-08 11:35:07来源: 21ic
1、引言

20世纪80年代形成了再制造工程这一新兴研究领域,再制造产业也随之产生。它是利用原有零件并采用高新表面工程(涂层与改性)及其它加工技术,使零件恢复尺寸、形状和性能,重新恢复其使用价值,实际上等于延长了设备的使用寿命,减少了对原始资源的需求,节省了资源。激光再制造技术近年来在国际上已受到普遍关注,形成激光加工与先进制造技术一个前沿和热点。美国、英国、法国、日本投入大量人力物力开展研究。我国部分高校也相继开展了研究。

2、激光再制造技术

激光再制造是利用激光熔覆的方法实现对金属零部件的修复[1,2]。自1976年起美国、英国、日本、德国等技术强国就对其十分重视,投入了相当可观的人力、物力、财力进行研究、开发,使激光熔覆技术的发展明显加快,在激光熔覆理论,物理数学模型,合金材料、工艺参数、涂层组织性能研究,设备自动化、柔性化、熔覆过程监控以及生产应用等方面取得了重大进展。

如图1-1所示:激光器发出的CO2激光经CNC数控机床Z轴(垂直工作台)反射镜后,进入光束成形聚焦组合镜,再进入同轴送粉工作头,组合镜和工作头都安装在机床Z轴上,由数控系统统一控制。载气式送粉器将粉末输送到分粉器,均匀地把粉末送入同轴送粉工作头。待修复零件位于数控工作台X-Y平面上,根据数控指令,工作台、组合镜和送粉头按给定的CAD/CAM软件程序运动,同时激光和粉末加入,激光同轴送粉工作头像“金属笔”一样,逐层熔覆。在检测和控制系统作用下,使零件恢复原始尺寸。

3、激光加工温度场模拟

激光再制造温度场研究一直是人们关注的热点。激光熔覆温度场的数值分析、分布特性、数值模拟、实时检测等都有了初步的研究[3]。本文将从解析与数值两种方法对熔池温度场进行分析。

解析解法以数学分析为基础,得到用函数形式表示的解。在整个求解过程中,物理概念及逻辑推理清楚,所得到的解能比较清楚地表示出各种因素对热传导过程或温度分布的影响。

利用三维解析计算出的激光热传导焊接温度场模型已较为准确的计算出一定焊接规范下的焊接缝合尺寸线,同时计算出激光焊接温度场中介质热源的功率分布以及由该热源引起的无限大薄板的温度场分布[4]。利用半解析方法计算出任意给定光束分布的激光非熔凝热处理瞬态温度场以及包含相变及表面吸收系数随温度变化的激光与金属材料相互热作用。但解析解法不利于考虑边界条件和相变潜热以及材料热物性参数随温度变化等因素对温度场的影响,所以采用解析解法时研究者们往往假定激光能量为高斯分布、材料的物性参数为常数、不考虑相变热和辐射散热等因素,这在一定程度上影响了求解的准确性。随着计算机技术的不断进步与发展,借助这一有力的工具对温度场的分析方法有了进一步的研究。如借助计算机用解析方法计算YAG激光对金属间化合物Ni3Al熔凝处理时非稳态温度场变化规律[5]。
[1] [2]

关键字:激光  再制造熔池  温度场检测

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0608/article_7484.html
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