高能量短脈沖激光水下打孔的動力學研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展以及工業(yè)的需求,使得人們對加工精度和加工效率日趨看重,激光加工技術便逐漸走上了歷史舞臺。由于激光加工過程牽涉到很多的學科領域,現(xiàn)象極其復雜,以至于人們對其間的相互作用規(guī)律和物理現(xiàn)象的認識,還了解的不是十分透徹。為了加深對激光打孔物理過程認識和掌握,在前人研究的基礎上,本文對激光打孔初始階段開展了基礎性的研究工作:
　　由于激光加工過程的復雜性,不可能把每個影響因素都考慮在內,所以本文提出了幾點假設,簡化了物理模型。在

2、考慮材料的相變潛熱以及固液界面對流輻射的情況下,建立了三維瞬態(tài)有限元模型,并編寫了相應的高斯熱源UDF程序,模擬了空氣和液態(tài)環(huán)境下激光加工靶材的熱效應。本文使用流體分析軟件Flue nt,對激光加工材料過程中固液界面的溫度場、流場以及壓力場進行了理論分析研究。發(fā)現(xiàn):(1)在表面溫度迅速升高的同時,材料也將吸收的能量慢慢地向材料內部傳遞,但是其傳遞速度也隨著傳遞距離的增加而逐漸降低。由于蒸發(fā)潛熱的存在,熔化的材料達到了蒸發(fā)溫度后就不再升高

3、,會使靶材表面的溫度暫時處于平穩(wěn)的狀態(tài)。在不足50us的時間內,激光束的能量就已經(jīng)穿透了厚度為300um的鋁靶材,到達了靶材底部。此外,在相同的時間內,較高的激光功率密度表現(xiàn)出了相對較高的穿透力和較深的熔化深度。(2)對比了空氣環(huán)境與液體環(huán)境下激光加工的熱效應,并且分析了固液界面的流場、溫度場以及壓力場的變化情況。發(fā)現(xiàn)由于水的強冷卻作用,在三種激光功率密度作用下,在最初的1us內其溫升率比空氣中分別下降了39.6％,39.4%和38.8