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1、第32卷第6期激光技术Vo.l32,No.62008年12月LASERTECHNOLOGYDecember,2008文章编号:1001-3806(2008)06-0624-04材料表面粗糙度对激光吸收率影响的研究*陈君,张群莉,姚建华,傅纪斌(浙江工业大学机械制造及自动化教育部重点实验室,杭州310014)摘要:为了在激光热处理过程中能更好地控制工件温度,并为激光热处理的数学模拟提供更为准确的激光吸收率数据,研究了材料表面粗糙度对激光吸收率的影响原理,等效处理了材料表面轮廓线,建立了数学模型,采用集总参量法测得激光的吸收率,得到的激光吸收率与理论公式计算所得的光吸收率相吻合。结果表明
2、,所建立的模型可以准确地描述材料表面粗糙度对激光吸收率的影响,更有利于激光热处理各项参量的控制。关键词:激光技术;激光吸收率;粗糙度;集总参量法中图分类号:TG156.99文献标识码:AInfluenceofsurfaceroughnessonlaserabsorptivityCHENJun,ZHANGQun-li,YAOJian-hua,FUJi-bin(MOEKeyLaboratoryofMechanicManufactureandAutomation,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou310014,China)Abstract:The
3、influenceofsurfaceroughnessonlaserabsorptivitywasstudiedtobettercontrolthetemperatureofworkpieceduringlaserheattreatmentprocessandsupplymoreprecisecalculatemodeloflaserabsorptivityformathematicalsimulation.Thesurfaceoutlineofmaterialwasequivalenttreated,thenmathematicalmodelwassetup.Thelaserabo
4、rptivitywasmeasuredbylumpedparametermethod,whichwasagreedwiththevalueoflaserabsorptivitycalculatedbytheoreticalformula.Theresultsindicatedthatthemathematicalmodelcouldexactlydescribetheinfluenceofsurfaceroughnessonlaserabsorptivity.Keywords:lasertechnique;laserabsorptivity;surfaceroughness;lump
5、edparametermethod引言1材料表面粗糙度对激光吸收率的影响原理激光热处理在各大行业中体现出它独特的优势,材料表面粗糙度对激光吸收率的影响可以分为两特别是在精密工件加工行业中有着无法替代的作用。方面。一方面,材料表面对激光多次反射的重复吸收。表面光滑的金属材料的激光吸收率一般不超过在光照射到材料表面时,由于表面凹凸不平,必然会产[1]10%,非金属材料的吸收率和激光的入射角有生多次反射,其原理如图1所示。图1中左边为材料[2]关,而表面粗糙度会影响激光入射角,因此,表面粗糙度对激光在材料表面的激光吸收率的研究就显得尤[3]为重要了。材料表面的粗糙度是对激光吸收率的主要影响
6、因素之一,不论是对金属还是非金属都可以通过调整表面粗糙程度而达到多次吸收来增加材料的吸收率的目的,而表面粗糙度对非金属材料激光入射Fig.1Theprincipleofsurfaceroughness[4]角的变化关系比较明显,从而使其对激光吸收率的表面粗糙的轮廓线,右边是对单个表面轮廓波谷在激影响尤为突出。而在已有的文献中大部分都是关于材光照射下的放大图,由图可见,垂直入射的激光束可以料表面粗糙度对光散射方面研究的报道,部分文献中通过反复多次的反射而在表面V型凹槽中得到吸收,[5-7]谈及材料表面粗糙度对激光的吸收率有影响,但没当凹槽角度A足够小时,垂直入射的激光束可认为是能给出它
7、们之间的直接关系,目前尚无相关表面粗糙自陷的,即通过多次反射吸收来吸收激光束的所有能度对激光吸收率影响详细计算方面的报道。量。然而实际材料的表面形态是随机的,即凹槽角度A也是随机的,这就很难详细地计算所有V型凹槽激作者简介:陈君(1982-),男,硕士研究生,主要从事材光吸收。另一方面,一些非金属材料的吸收率会随着料的激光吸收及激光与材料相互作用方面的研究工作。*通讯联系人。E-mai:llaser@zjut.edu.cn激光入射角度的变化而变化,在其入射
