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激光深熔焊细长小孔数值模拟与试验研究
摘要
本文以激光深熔焊中细长小孔形成的机理为研究对象，利用数值模拟和试验方法，探究了影响小孔形成的关键因素。经过实验验证和理论分析，得出了激光功率密度、焊接速度、镜头调节等因素对小孔形成的影响规律，并提出了一些优化措施，可为实际生产提供指导和参考。
关键词：激光深熔焊；小孔形成；数值模拟；试验研究
引言
激光深熔焊（LaserDeepPenetrationWelding,简称DPW）是目前国际上广泛应用的一种高效、高精度、非接触式的焊接技术，具有能够焊接各种金属材料、焊缝质量优良、生产效率高等优点。在实际应用中，一些细长小孔常常出现在焊缝中，影响了焊缝的强度和密封性。因此，探究小孔形成的机理和影响因素，对提高焊接质量和效率具有重要的意义。
本文通过数值模拟和试验研究，对小孔形成的机理和影响因素进行了分析和总结，得出了优化措施。
实验方法
本文利用有限元分析软件ComsolMultiphysics4.4和试验装置，对激光深熔焊中小孔形成的机理和影响因素进行了研究。
数值模拟
利用ComsolMultiphysics4.4软件，建立了激光深熔焊的数值模型。该模型考虑了激光能量、材料热物性参数、熔池流动等因素对焊接过程的影响，可以计算出焊接过程中温度场、热应力场。通过数值模拟，得到了激光功率密度、焊接速度等参数对小孔形成的影响规律。
实验验证
在实验室中，利用一台CO2激光器进行焊接试验。该激光器工作波长为10.6μm，最大输出功率为5kW。利用激光功率、焊接速度、焊缝尺寸等参数来研究小孔形成的规律。同时，利用光学显微镜和扫描电子显微镜对焊缝进行观察和分析，验证了数值模拟结果的准确性。
结果与分析
数值模拟结果表明，焊接过程中激光功率密度是产生小孔的主要因素。当激光功率密度超过一定阈值时，焊缝内部的材料会瞬间蒸发，产生气体压力，从而形成小孔。除此之外，焊接速度、镜头调节等因素也具有一定影响。实验结果与数值模拟结果基本一致。
根据结果，提出了一些优化措施：
1.降低激光功率密度，控制焊接速度，以避免产生小孔；
2.适当调节镜头，使激光聚焦到焊缝的中心位置，减少材料局部蒸发；
3.精细控制焊接参数，提高焊接质量和效率。
结论
本文通过数值模拟和试验研究，深入探究了激光深熔焊中小孔形成的机理和影响因素。得到了激光功率密度、焊接速度等参数对小孔形成的影响规律，并提出了一些优化措施。研究结果为实际生产提供了指导和参考，对提高焊接质量和效率具有重要意义。
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