激光深熔焊接鋁合金孔內(nèi)菲涅爾吸收研究

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1、學(xué)校代號10532學(xué)號S150200239分類號TG665密級公開碩士學(xué)位論文激光深熔焊接鋁合金孔內(nèi)菲涅爾吸收研究學(xué)位申請人姓名彭南翔培養(yǎng)單位機(jī)械與運載工程學(xué)院導(dǎo)師姓名及職稱金湘中教授學(xué)科專業(yè)機(jī)械工程研究方向激光加工技術(shù)與裝備論文提交日期2018年5月14日學(xué)校代號：10532學(xué)號：S150200239密級：公開碩士學(xué)位論文激光深熔焊接鋁合金孔內(nèi)菲涅爾吸收研究學(xué)位申請人姓名：彭南翔導(dǎo)師姓名及職稱：金湘中教授培養(yǎng)單位：機(jī)械與運載工程學(xué)院專業(yè)名稱：機(jī)械工程論文提交日期：2018年5月14日論文答辯日期：2018年5月19日答辯委員會主席：尹韶輝教授StudyonFresnelAbsorptio

2、nintheKeyholeDuringDeepPenetrationLaserWeldingofAluminumAlloy6016ByPENGNanxiangB.E.(HunanUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinMechanicalEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorJINXiangzhongMay，2018湖南大學(xué)學(xué)位論文

3、原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖南大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)

4、位論文屬于1、保密□，在______年解密后適用本授權(quán)書。2、不保密□√。(請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“√”)作者簽名：日期：年月日導(dǎo)師簽名：日期：年月日I激光深熔焊接鋁合金孔內(nèi)菲涅爾吸收研究摘要本文闡述了激光深熔焊接機(jī)理（小孔效應(yīng)），從小孔形貌及孔內(nèi)菲涅爾吸收這一角度討論了小孔效應(yīng)的研究現(xiàn)狀及存在的主要問題。由于焊接材料的不透明性，現(xiàn)階段實驗研究很難觀測到真實的小孔形貌，而在高度簡化的小孔模型基礎(chǔ)上進(jìn)行的菲涅爾吸收研究也難有說服力。為了解決相關(guān)問題，本文通過實驗和模擬相結(jié)合的研究方法深入系統(tǒng)地研究了激光深熔焊接中的小孔形貌和孔內(nèi)菲涅爾吸收。首先，運用獨特設(shè)計的實驗方法，實現(xiàn)同時從頂面和側(cè)面拍攝

5、激光深熔焊接鋁合金過程中小孔形貌照片，并且首次保證了側(cè)面觀測的小孔形貌是焊接速度方向?qū)ΨQ面上的小孔形貌。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在焊接速度的反方向上，小孔輕微彎曲，小孔橫截面一定程度拉長。首次對實驗所用的激光器進(jìn)行了實驗測試，計算確定了該激光器的激光功率密度分布。其次，首次在小孔任意深度處橫截面輪廓與工件頂面小孔輪廓相似的假設(shè)下，重構(gòu)了激光深熔焊接過程中的3D小孔。運用有限元的思想，離散了激光束，并采用幾何光學(xué)近似的方法，追蹤了激光在3D小孔內(nèi)的多重反射過程，同時推導(dǎo)了多重反射過程中孔壁菲涅爾吸收的計算公式。然后，計算和分析了孔內(nèi)菲涅爾吸收的功率密度分布情況及其影響因素。由于小孔伸長，在小孔上部，左右孔

6、壁上菲涅爾吸收的功率密度大于前后孔壁上菲涅爾吸收的功率密度。由于小孔彎曲，在小孔中部和下部，前壁上菲涅爾吸收的總功率密度明顯大于小孔后壁和側(cè)壁上菲涅爾吸收的功率密度。因為激光的多次反射將激光能量傳輸?shù)搅诵】椎撞浚孕】椎撞靠妆谏戏颇鶢栁盏墓β拭芏缺刃】灼渌糠指吆芏?。綜上所述：菲涅爾吸收的總功率密度分布不均勻，激光的多次反射是影響菲涅爾吸收功率密度分布的最主要因素。通過菲涅爾吸收，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，形成了巨大的反沖壓力，在反沖壓力的作用下，小孔內(nèi)壓力和能量平衡得以維持，小孔存在得以保證。菲涅爾吸收在激光深熔焊中起了關(guān)鍵性的作用。關(guān)鍵詞：激光深熔

7、焊；小孔；多次反射；菲涅爾吸收；反沖壓力。II碩士學(xué)位論文AbstractInthisthesis,theessentialfeatureofdeeppenetrationlaserwelding,i.e.,thekeyholeeffects,isexpounded.Moreover,thestatusanddifficultiesofresearchonkeyholeshapesandFresnelabsorption