钛合金TC4在连续光纤激光加热下的表面温度场分布研究-论文.pdf

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1、第34卷光学学报光学前沿～信息光学2014年9月ACTA0PTICASINICA专刊钛合金TC4在连续光纤激光加热下的表面温度场分布研究王延深张征王波，哈尔滨工业大学(威海)船舶学院机械工程系，山东威海264209、＼哈尔滨工业大学精密工程研究所，黑龙江哈尔滨150001／摘要利用热源加热金属表面可以改善金属材料的力学特性，研究了红外连续激光对钛合金TC4材料表面进行加热后的温度场分布规律。基于傅里叶定律和能量守恒定律建立了导热微分方程及其定解条件，在ABAQUS中建立了移动热源的三维瞬态传热学仿真模型；为了校核激光加热仿真温度场的准确性，采用双色红外测温仪测

2、量激光光斑中心温度，对仿真结果进行了验证。结果表明，实验与仿真结果相吻合，所建立的激光加热仿真模型能有效预测材料温度场的分布。利用ABAQUS软件对不同激光功率、扫描速度和光斑尺寸下的TC4钛合金温度场分布情况进行了仿真，仿真结果对优选激光热辅助加工时的激光参数有重要的参考价值。关键词激光技术；光纤激光；激光加热；有限元仿真；温度场；钛合金中图分类号0436文献标识码Adoi：10．3788／AOS201434．sl14005TemperatureDistributi0nofTC4TitaniumAlloyHeatedbyInfraredContinuousF

3、iberLaserWangYanshenZhangZhengWangBo。DepartmentofMechanicalEngineering。HarbinInstituteofTechnologyatWeihai，Weihai．Shandong264209。ina。CenterrPrecisionEngineerfng，HarbinInstituteofTechnotogy，Harbin，Heitougjiang150001，ChinaAbstractInordertoimprovethemechanicalpropertiesofmetallicmateri

4、alsandmachiningefficiency，alotofinvestigationsarecarriedoutbyexternalheating．AninvestigationonthetemperaturefielddistributionofTC4titaniumalloyheatedbyinfraredcontinuousfiberlaserisgiven．AthermaldifferentialequationisestablishedbasedonFourierlawandthelawofconservationofenergy．Atrans

5、ient，threedimensionaIthermalmodelwithmovingheatsourceiSdevelopedinABAQUS．Tovalidatethesimulationmodeloftemperaturefielddistribution，atwo—colorpyrometerisutilizedtomeasurethetemperatureinlaserspotcenterexperimentally．Theexperimentalresultscoincideswithsimulations。whichprovethatthesim

6、ulationmodelcanpredictthermalfielddistributioneffectively．Aftercommissioning，theresultssuggestthatlaserheatingsimulationworkeffectively．SimulationsonlaserheatingTC4processunderdifferentlaserpowers，scanningvelocity，andspotradiusareconducted．Theresultscanbenefittheoptimizationinlaserp

7、arameterduringlaserheatassistedmachining．Keywordslasertechnique；fiberlaser；laserheating；finiteelementanalysis；thermalfield；titaniumalloyOCIScodes14O．6810；240．6700；350．38501引言具有非常重要的应用价值和广阔的应用前景，然而传统机械加工方法已不再适合此类难加工材料。激钛合金具有高强度、高硬度以及高耐热等优良光辅助加热技术为难加工材料的加工开辟了一条新特性，在航空航天、车辆工程、生物医学工程等领域

8、收稿日期：2014—0卜16；收到修改