激光参数对止裂效果的影响研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:yanghao_haohao
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材料和工程结构当中存在着大量的类似裂纹的缺陷。这些类似裂纹的缺陷在部件和结构承受外载荷时极易发生扩展,这不仅降低了材料和结构的承载能力,最终可能导致零件、部件,甚至整机的正常工作受到影响,甚至会引发重大灾难事故,造成重大的生命和经济损失。裂纹缺陷的存在使得服役产品的有效寿命大大缩短,对于贵重、关键零部件以及加工制造周期长、精度要求高的核心部件来说,修复裂纹损伤能节省资源、能源,具有显著的经济效益。因此研究裂纹发生后阻止其进一步扩展的止裂方法具有理论价值和工程实用价值。  本文以含裂纹的304不锈钢紧凑拉伸试件为研究对象,研究了裂纹尖端激光止裂技术。基于ABAQUS有限元软件模拟了不同工艺参数时,裂纹尖端激光止裂温度分布情况。结果表明:熔池深度以及宽度随激光功率的增大而增大,随着加热时间的增加同步增大,随光斑直径的增大同步减小。熔池形状相对光束中心成对称分布,熔池各等温线上的最高温度点位于光束中心处。  分析了不同激光工艺参数下,修复试件的断裂参量COD值。得出了激光工艺参数对修复试件断裂性能的影响。结果表明:激光修复后试件的断裂性能都得到了提升。随着激光功率的增加,修复试件的COD值逐渐变小,即断裂性能逐渐变好;随着光斑直径的增加,修复试件的COD值逐渐变大,即断裂性能逐渐变差;随着加热时间的增加,修复试件的COD值先变小后又变大,即断裂性能先变好又变差。观察了不同激光工艺参数下,试件修复层的微观组织形貌。得出了激光工艺参数对修复试件微观组织的影响。结果显示:修复区的组织相较于基体组织更加细小,有更好的致密性。激光功率太小容易产生气孔;光斑直径太大容易导致合金粉末未完全熔融;加热时间太短容易导致合金粉末未完全熔融,太长容易使修复层产生裂缝。  最后,通过正交试验得到了激光参数对试件断裂性能的影响次序为:光斑直径的影响最大,加热时间影响次之,激光功率影响最小。在所选激光工艺参数范围内,优化了激光止裂工艺参数。基于试件断裂性能的激光参数优组合为,激光功率取2000W,光斑直径取2mm,加热时间取1.0s。
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