长脉冲与连续激光联合辐照铝合金温度场模拟研究

"该文通过ANSYS软件对长脉冲激光和连续激光共同作用于2A12铝合金的温度场进行了仿真分析，研究了不同时间间隔和光斑半径组合下，激光照射中心点的最高温度及熔池大小的变化规律。结果显示，随着两束激光之间时间间隔的增加，激光照射中心点的温度升高；当时间间隔超过一定值后，脉冲激光的温升效果才会明显；同时，熔池尺寸和中心点最高温度主要由峰值功率高的长脉冲激光决定，但适当利用连续激光预热，特别是功率密度达到105 W/cm²时，可以显著扩大熔池尺寸并适度提升中心点温度。" 文章详细介绍了长脉冲激光与连续激光联合应用在铝合金材料加工中的温度场模拟研究。采用的仿真工具是ANSYS，这是一种广泛应用的工程模拟软件，能够进行热力学、流体力学等多种物理现象的计算。研究对象是2A12铝合金，这种材料广泛用于航空、航天等领域，因其良好的机械性能和耐腐蚀性。 在实验设计中，研究人员调整了连续激光与长脉冲激光的时间间隔和光斑半径，观察这些参数变化对激光加热效果的影响。他们发现，连续激光与长脉冲激光的加载时间间隔至关重要。当时间间隔增大，连续激光可以有更多的时间对材料进行预热，从而提高整体的温度水平。然而，如果时间间隔过长，脉冲激光的瞬时高能量作用会被削弱，对温度的提升贡献减少。 进一步的，研究揭示了熔池尺寸与温度的关联性。熔池大小主要取决于长脉冲激光的峰值功率，因为长脉冲激光能在短时间内注入大量能量，形成较大的熔化区域。而连续激光虽然峰值功率较低，但它能持续加热，使得材料预热充分，为长脉冲激光的照射提供了更好的条件。在连续激光功率密度达到105 W/cm²时，其预热效果显著，能够协同长脉冲激光显著扩大熔池尺寸，同时提高中心点的温度，这有利于改善材料的焊接或加工质量。 这项研究为选择长脉冲与连续激光联合作用模式的参数提供了理论基础，有助于优化激光加工工艺，特别是在铝合金等材料的精密加工领域，能够实现更精确的温度控制和更高效的熔融效果。对于工业生产中的激光加工，这样的研究结果具有重要的实践指导意义。