激光深熔焊接铝合金孔内菲涅尔吸收研究

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1、学校代号10532学号S150200239分类号TG665密级公开硕士学位论文激光深熔焊接铝合金孔内菲涅尔吸收研究学位申请人姓名彭南翔培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称金湘中教授学科专业机械工程研究方向激光加工技术与装备论文提交日期2018年5月14日学校代号：10532学号：S150200239密级：公开硕士学位论文激光深熔焊接铝合金孔内菲涅尔吸收研究学位申请人姓名：彭南翔导师姓名及职称：金湘中教授培养单位：机械与运载工程学院专业名称：机械工程论文提交日期：2018年5月14日论文答辩日期：2018年5月19日答辩委员会主席：尹韶辉教授StudyonFresnelAbsorptio

2、nintheKeyholeDuringDeepPenetrationLaserWeldingofAluminumAlloy6016ByPENGNanxiangB.E.(HunanUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinMechanicalEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorJINXiangzhongMay，2018湖南大学学位论文

3、原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学

4、位论文属于1、保密□，在______年解密后适用本授权书。2、不保密□√。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I激光深熔焊接铝合金孔内菲涅尔吸收研究摘要本文阐述了激光深熔焊接机理（小孔效应），从小孔形貌及孔内菲涅尔吸收这一角度讨论了小孔效应的研究现状及存在的主要问题。由于焊接材料的不透明性，现阶段实验研究很难观测到真实的小孔形貌，而在高度简化的小孔模型基础上进行的菲涅尔吸收研究也难有说服力。为了解决相关问题，本文通过实验和模拟相结合的研究方法深入系统地研究了激光深熔焊接中的小孔形貌和孔内菲涅尔吸收。首先，运用独特设计的实验方法，实现同时从顶面和侧面拍摄

5、激光深熔焊接铝合金过程中小孔形貌照片，并且首次保证了侧面观测的小孔形貌是焊接速度方向对称面上的小孔形貌。结果发现：在焊接速度的反方向上，小孔轻微弯曲，小孔横截面一定程度拉长。首次对实验所用的激光器进行了实验测试，计算确定了该激光器的激光功率密度分布。其次，首次在小孔任意深度处横截面轮廓与工件顶面小孔轮廓相似的假设下，重构了激光深熔焊接过程中的3D小孔。运用有限元的思想，离散了激光束，并采用几何光学近似的方法，追踪了激光在3D小孔内的多重反射过程，同时推导了多重反射过程中孔壁菲涅尔吸收的计算公式。然后，计算和分析了孔内菲涅尔吸收的功率密度分布情况及其影响因素。由于小孔伸长，在小孔上部，左右孔

6、壁上菲涅尔吸收的功率密度大于前后孔壁上菲涅尔吸收的功率密度。由于小孔弯曲，在小孔中部和下部，前壁上菲涅尔吸收的总功率密度明显大于小孔后壁和侧壁上菲涅尔吸收的功率密度。因为激光的多次反射将激光能量传输到了小孔底部，所以小孔底部孔壁上菲涅尔吸收的功率密度比小孔其它部分高很多。综上所述：菲涅尔吸收的总功率密度分布不均匀，激光的多次反射是影响菲涅尔吸收功率密度分布的最主要因素。通过菲涅尔吸收，小孔底部孔壁上的功率密度非常高，所以小孔底部的材料大量汽化，形成了巨大的反冲压力，在反冲压力的作用下，小孔内压力和能量平衡得以维持，小孔存在得以保证。菲涅尔吸收在激光深熔焊中起了关键性的作用。关键词：激光深熔

7、焊；小孔；多次反射；菲涅尔吸收；反冲压力。II硕士学位论文AbstractInthisthesis,theessentialfeatureofdeeppenetrationlaserwelding,i.e.,thekeyholeeffects,isexpounded.Moreover,thestatusanddifficultiesofresearchonkeyholeshapesandFresnelabsorption