双激光束熔覆过程平顶辅助光束对陶瓷涂层温度场的影响-论文.pdf

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1、第4l卷第7期中国激光V01．41，NO．72014年7月CHINESEJOURNALOFLASERSJuly，2O14双激光束熔覆过程平顶辅助光束对陶瓷涂层温度场的影响吴东江褚洋牛方勇马广义庄娟，大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室，辽宁大连116024、＼大连理工大学物理与光电工程学院，辽宁大连116024／摘要在金属表面激光熔覆陶瓷材料过程中，过大的温度梯度产生的热应力易使熔覆层开裂。降低激光熔覆陶瓷材料过程中的温度梯度，一定程度上能够降低热应力，抑制裂纹缺陷产生。通过模拟计算Ti6A14V基板上双激光束熔覆Al03涂

2、层过程温度场的分布规律，提出采用能量均匀的平顶辅助激光束为熔覆过程提供预热缓冷的方法，通过改变平顶辅助光束光斑大小及功率密度，研究平顶辅助光束预热缓冷对熔覆层温度分布及温度梯度大小的影响。计算结果表明，平顶辅助激光束使熔覆过程出现明显的预热缓冷特征，能够有效降低熔覆层温度梯度。熔覆过程中Alz()3陶瓷塑性点(1533K)温度梯度随预热缓冷温度的升高而降低，但在预热缓冷温度升至塑性点附近温度时会引起塑性点温度梯度回升。实际加工中预热缓冷温度越高对加工过程越有利，但应避开塑性点附近温度。关键词光学制造；激光熔覆；双激光束；预热缓冷；

3、数值模拟中图分类号TG156．99文献标识码Adoi：10．3788／CJL201441．0703012InfluenceofTemperatureDistributionofCeramicCoatingUsingTop—HatAssistantLaserBeaminDual·BeamLaserCladdingWuDongjiangChuYangNiuFangyongMaGuangyiZhuangJuanKeyLaboratoryforPrecisionandNon—TraditionalMachiningTechnologyof

4、MinistryofEducation．DalianUniversityofTechnology，Dalian，Liaoning116024，ChinaSchoolofPhysicsandOptoelectronicEngineering，DalianUniversityofTechnology，Dalian，Liaoning116024，ChinaAbstractThermalstresscausedbyoversizedtemperaturegradientintheprocessoflasercladdingceramicc

5、oatingonmetalsubstrateusuallymakesthecoatingcracked．Reducingthetemperaturegradientofthelasercladdingprocesscanreducethethermalstresstoacertaindegreetosuppressthegenerationofcracks．ThroughnumericalsimulationoftemperaturedistributionduringlasercladdingA12O3coatingonTi6A

6、14Vsubstrate，amethodofprovidingpreheatingandslow-coolingusingtophatlaserbeamisproposed．Temperaturedistributionandtemperaturegradientofthecoatingwithpreheatingandslow—coolingarediscussedbychangingthespotsizeandpowerdensityofthetophatassistant1aserbeam．Theresultsshowtha

7、tthereisasignificantfeatureofpreheatingandslow—coolingduringthecladdingprocess，thetophatassistantlaserbeamcanreducethetemperaturegradienteffectively．Thetemperaturegradientoftheplasticpoint(1533K)ofA12O3reduceswhilethepreheatingandslow—coolingtemperatureraises．Butthete

8、mperaturegradientoftheplasticpointwillreboundwhenthepreheatingandslow-coolingtemperatureisneartheplasticpoint．Higherpreheati