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激光再制造熔池溫度場(chǎng)檢測研究
作者：
時(shí)間：2013-06-08
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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1、引言
20世紀80年代形成了再制造工程這一新興研究領(lǐng)域，再制造產(chǎn)業(yè)也隨之產(chǎn)生。它是利用原有零件并采用高新表面工程（涂層與改性）及其它加工技術(shù)，使零件恢復尺寸、形狀和性能，重新恢復其使用價(jià)值，實(shí)際上等于延長(cháng)了設備的使用壽命，減少了對原始資源的需求，節省了資源。激光再制造技術(shù)近年來(lái)在國際上已受到普遍關(guān)注，形成激光加工與先進(jìn)制造技術(shù)一個(gè)前沿和熱點(diǎn)。美國、英國、法國、日本投入大量人力物力開(kāi)展研究。我國部分高校也相繼開(kāi)展了研究。
2、激光再制造技術(shù)
激光再制造是利用激光熔覆的方法實(shí)現對金屬零部件的修復[1，2]。自1976年起美國、英國、日本、德國等技術(shù)強國就對其十分重視，投入了相當可觀(guān)的人力、物力、財力進(jìn)行研究、開(kāi)發(fā)，使激光熔覆技術(shù)的發(fā)展明顯加快，在激光熔覆理論，物理數學(xué)模型，合金材料、工藝參數、涂層組織性能研究，設備自動(dòng)化、柔性化、熔覆過(guò)程監控以及生產(chǎn)應用等方面取得了重大進(jìn)展。
如圖1-1所示：激光器發(fā)出的CO2激光經(jīng)CNC數控機床Z軸（垂直工作臺）反射鏡后，進(jìn)入光束成形聚焦組合鏡，再進(jìn)入同軸送粉工作頭，組合鏡和工作頭都安裝在機床Z軸上，由數控系統統一控制。載氣式送粉器將粉末輸送到分粉器，均勻地把粉末送入同軸送粉工作頭。待修復零件位于數控工作臺X-Y平面上，根據數控指令，工作臺、組合鏡和送粉頭按給定的CAD/CAM軟件程序運動(dòng)，同時(shí)激光和粉末加入，激光同軸送粉工作頭像“金屬筆”一樣，逐層熔覆。在檢測和控制系統作用下，使零件恢復原始尺寸。 
3、激光加工溫度場(chǎng)模擬
激光再制造溫度場(chǎng)研究一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。激光熔覆溫度場(chǎng)的數值分析、分布特性、數值模擬、實(shí)時(shí)檢測等都有了初步的研究[3]。本文將從解析與數值兩種方法對熔池溫度場(chǎng)進(jìn)行分析。
解析解法以數學(xué)分析為基礎，得到用函數形式表示的解。在整個(gè)求解過(guò)程中，物理概念及邏輯推理清楚，所得到的解能比較清楚地表示出各種因素對熱傳導過(guò)程或溫度分布的影響。
利用三維解析計算出的激光熱傳導焊接溫度場(chǎng)模型已較為準確的計算出一定焊接規范下的焊接縫合尺寸線(xiàn)，同時(shí)計算出激光焊接溫度場(chǎng)中介質(zhì)熱源的功率分布以及由該熱源引起的無(wú)限大薄板的溫度場(chǎng)分布[4]。利用半解析方法計算出任意給定光束分布的激光非熔凝熱處理瞬態(tài)溫度場(chǎng)以及包含相變及表面吸收系數隨溫度變化的激光與金屬材料相互熱作用。但解析解法不利于考慮邊界條件和相變潛熱以及材料熱物性參數隨溫度變化等因素對溫度場(chǎng)的影響，所以采用解析解法時(shí)研究者們往往假定激光能量為高斯分布、材料的物性參數為常數、不考慮相變熱和輻射散熱等因素，這在一定程度上影響了求解的準確性。隨著(zhù)計算機技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，借助這一有力的工具對溫度場(chǎng)的分析方法有了進(jìn)一步的研究。如借助計算機用解析方法計算YAG激光對金屬間化合物Ni3Al熔凝處理時(shí)非穩態(tài)溫度場(chǎng)變化規律[5]。
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