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以连续二氧化碳激光对铁基材料表面除锈的研究

作　者: 李强
导　师: 孙凤久
学　校: 东北大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 连续CO2激光铁基材料除锈蚀温度 ANSYS有限元
分类号: TN249
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

清理物体表面的污物是一项艰苦而且繁重的工作。传统的清洗方法都存在一些不尽如人意的地方。激光清洗技术是利用激光照射清洗的部位,使污物发生一系列复杂的物理化学过程,最终脱离物品表面,实现对表面清洗。由于激光清洗技术具有众多自身特有的优点,成为近年来研究的一个重要研究领域。本课题研究的目的是通过使用报道很少的CW-CO2连续激光以不同强度和速度分别对铁锈表面扫描,通过从热场分布,寻找除锈和光功率、扫描速度等各物理量之间的相互关系,指导在实际激光除污过程中根据不同的污物和基质寻找出较佳的解决方法。主要工作如下：1、文中对连续二氧化碳激光去铁基表面的锈层机理进行了探讨。根据本实验结果,确定光热效应是连续激光除锈的主要作用。根据两种吸收系数的较大差异(锈吸收系数约为0.7,铁约为0.035)。由朗伯定律确定在本实验中,样品表面的铁锈首先与入射激光作用,吸收超过总能量的百分之六十,不足入射激光百分之十的激光穿透锈层到达铁基后将再次被铁基反射,锈层发生二次吸收,锈层在较短时间(本实验中最长除锈时间0.3s)内表面温度可以达到其沸点(约3000K),同时吹入快速氮气流,可使部分铁锈在未达到沸点前由于热膨胀飞溅或吹出而脱离铁基材料表面。2、使用Mathematica和ANSYS有限元分析了锈层和铁基及其内部各层的温度分布,重点研究了表面的温度与入射激光参数的关系,建立了激光干法除锈的表面热场模型。根据热传导公式,针对激光除铁锈层过程的实际情况,全面考虑了材料性能参数随温度的变化,根据有限元分析软件建立了受激光辐照后铁片表面热传导温度场计算模型,模拟出铁片表面温度随时间、热传导深度以及激光能量密度的变化曲线。

全文目录

中文摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 激光加工  10-14
    1.1.1 激光的分类  10-11
    1.1.2 激光加工技术及特点  11-12
    1.1.3 激光加工应用  12-14
  1.2 激光清洗  14-18
    1.2.1 激光清洗的主要领域  15-18
  1.3 本论文主要研究目的、内容和研究方法  18-20
第2章激光清洗的理论基础  20-36
  2.1 激光光源及光束质量  20-21
  2.2 激光清洗基本机理和种类  21-23
    2.2.1 机理  21-22
    2.2.2 激光清洗分类  22-23
    2.2.3 连续CO_2激光的清洗原理  23
  2.3 激光与固体材料的相互作用  23-26
  2.4 激光热源模型  26-29
    2.4.1 热传导方程  26-28
    2.4.2 激光传热特点  28-29
  2.5 连续激光的加热热源模型  29-36
    2.5.1 加热物体为半无限大情况  29-34
    2.5.2 加热物体为有限厚薄板的热源模型  34-36
第3章铁基材料表面除锈实验结果及分析  36-64
  3.1 实验简介  36-37
  3.2 铁基样品在CO_2激光照射下的物理参数及除锈理论  37-39
  3.3 样品热分析和处理  39-45
    3.3.1 样品制备及热分析  39-45
    3.3.2 激光清洗过程及实验结果  45
  3.4 样品热场模拟  45-59
    3.4.1 P=300W,D=0.3mm条件下热场模拟  46-50
    3.4.2 P=300W,D=0.6mm条件下热场模拟  50-53
    3.4.3 P=150W,D=O.3mm条件下热场模拟  53-56
    3.4.4 P=150W,D=0.6mm条件下热场模拟  56-59
  3.5 铁基半无限大  59-60
  3.6 实验结论  60-64
第4章结论与展望  64-66
参考文献  66-70
致谢  70-72
个人简历  72

以连续二氧化碳激光对铁基材料表面除锈的研究

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