激光参数对钛合金薄板毛化形貌的影响-论文.pdf

《激光参数对钛合金薄板毛化形貌的影响-论文.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、2013年2月机械设计与制造工程Feb．2013第42卷第2期MachineDesignandManufacturingEngineeringV()l_42No．2DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2013．02．020激光参数对钛合金薄板毛化形貌的影响王妍琴。，谢兰生，周希文，黄琚(1．南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016)(2．中国直升机设计研究所，江西景德镇333001)摘要：为了提高钛合金薄板与复合材料之间的粘结性能，需要对钛合金薄板进行激光毛化处理，重点在于找到合适的激光加工工艺参数。对各个参数采用单因素轮换法进行实验，结果表

2、明，在选取适当的保护气体侧吹角度、气压的情况下，激光输入电流、脉冲宽度、离焦量对毛化点微观形貌的影响最直接；重复频率、加工速度的影响次之。此外通过在显微镜下研究毛化点的微观结构，总结出各个激光参数对毛化点平均直径、微凸起高度及材料的表面粗糙度的影响，并得出了相关的规律。关键词：激光毛化；钛合金薄板；工艺参数中图分类号：V261．8文献标识码：A文章编号：2095—509X(2013)02—0076—05激光毛化过程从本质上说是一种激光表面重熔过程，但激光毛化加工时激光与材料作用时间很短，比一般的激光表面重熔时间要短得多，导致材料熔化与冷却速度极高，因此，激光毛化的物理机

3、制、毛化点的微观形貌和晶粒组织结构与普通激光表面重熔相比并不相同。钛合金薄板的激光毛化是逐点毛化，毛化的坑点形成可控几何间距和合理的表面形貌。目前，国内对于激光毛化的研究大都集中在轧辊和拉伸模具的表面处理，摩擦和润滑条件的改善，以及提高轧辊和模具的使用寿命上。图l激光器钛合金薄板的激光毛化工艺难点在于如何调节各个激光参数，使薄板不被击穿，达到要求的形貌效表1激光器基本参数果。本文研究的目的在于得到合适的毛化形貌，增激光参数范围及类型激光波长／m1．O6大钛合金薄板和桨叶的粘结强度。平均输功率／W500激光脉冲频率／HzO～5ool激光参数控制实验光束发散角／mrad≤l

4、0要想获得制备钛合金薄板毛化形貌的可行方晶体Nd：YAG单脉冲能量／J80案，首先要研究激光电流、脉冲宽度、离焦量、脉冲激光脉冲宽度／ms0．2～20频率、加工速度等参数对于毛化形貌的影响。实验激光器连续工作时间／hl6采用BD—JG一600型多功能激光加工机，如图l所示。丙酮清洗表面，放人干燥器皿中备用。激光器的基本参数见表1。工艺流程为：(1)将试样装夹在工作台上，定试样材料为TC4薄板，尺寸为3ram×3mm×位，调节激光参数；(2)使用调节好的参数在试样0．25mm。用砂纸对试样表面进行手工研磨，并用的中部位置加工毛化点；(3)用丙酮溶液清洗毛化收稿日期：201

5、2—09—20作者简介：王妍琴(1987一)，女，Il』东潍坊人，南京航空航天大学硕士研究生，主要研究方向为塑性成型工艺。·76·2013年第2期王妍琴，等：激光参数对钛合金薄板毛化形貌的影响因为随着离焦量的增加，激光在材料表面光斑直径增大，激光能量密度减小；在实验参数范围内，离焦量与微凸体高度变化是单调递减的，与毛化的直径是单调递增的。粗糙度也随着离焦量的增加而减小。在实际的生产过程中，要根据具体的形貌要求来选择离焦量的大小。加工速度fmm·min)图9扫描速度对毛化点椭圆度的影响离焦最／nun图8不同的离焦量对于表面粗糙度的影响2．4激光脉冲频率对毛化点大小的影响在

6、脉宽和其他参数保持不变时，即单脉冲能量基本不变，随着脉冲频率由1Hz增大到3Hz，毛化加工速度／(mm·min)点直径有所减小，不过减小量较少。在激光峰值功图10扫描速度对粗糙度的影响率一定时，毛化点的大小主要由单脉冲能量决定，由于激光频率增大时，激光脉冲峰值功率有所下3结束语降，导致单脉冲能量减小，因而使毛化点的直径有钛合金薄板的激光毛化实验表明，通过控制激所减小。光电流、脉冲宽度、离焦量和加工速度，并采用氩气2．5扫描速度对毛化点椭圆度的影响作为辅助气体，可以加工出具有一定表面粗糙度的在其他参数不变的情况下，加工速度对毛化的微凸体形貌。实验加工基本参数为：输入电流微

7、观形貌也有着影响。激光毛化过程中，工作台以60A，激光扫描频率1Hz，脉宽1ms，氩气保护。采一定的速度平动，在频率一定的情况下，加工速度用数理统计方法得到的微凸体形貌基本几何参数越大，点密度越小，但是加工速度超过一定程度，形为：高度2．25～2．65Ixm，方向直径约264—成的毛化点将成为一个椭圆形状。图9所示为扫366t~m，Y方向直径约268—375m，表面粗糙度在描速度对毛化点椭圆度的影响，图10所示为扫描R0．7～1．2之间，几何尺寸与形貌基本达到预期速度对粗糙度的影响。由图可知，扫描速度越快，的设计要求。激光毛化之后的薄板因