TA2板料激光热应力弯曲成形及其力学性能研究-中国工程科学.PDF

TA2 板料激光热应力弯曲成形 及其力学性能研究 １，２ １ ２ ２ ２ 周益军 ，张永康 ，游文明 ，尹　晨 ，张承阳 （１．江苏大学机械工程学院，江苏镇江 ２１２０１３；２．扬州职业大学，江苏扬州 ２２５５０９） ［摘要］　用ＨＶＳ －１０００显微硬度测试仪、Ｘ －３５０Ａ 型Ｘ 射线应力测定仪，以２．５ ｋＷ ＳＭ２０００ＳＭ 快轴流ＣＯ２ 激光器对０．６ ｍｍ 厚的ＴＡ２板料进行扫描，按照正交试验理论安排成形工艺参数，研究了ＴＡ２板料弯曲成形 时主要工艺参数对弯曲角度的影响，以及试样表面残余应力的分布和试样断面上的显微硬度变化。 结果表 明：正交试验中的４个工艺参数的作用是不同的，按其变化对弯曲变形量影响的大小排序，依次是扫描次数、 光斑直径、激光束功率、扫描速度；成形参数对试样表面的残余应力分布也存在一定的影响；试样变形区断面 上的显微硬度变化呈现出一定的规律。 ［关键词］　激光技术；热应力；板料弯曲成形；残余应力；显微硬度 ［中图分类号］　ＴＮ２４９　［文献标识码］　Ａ　［文章编号］　１００９－１７４２（２００７）１０－００４０－０５ 　　激光热应力成形是日本学者Ｙ．Ｎａｍｂａ 于 １９８５ 方向形成非均匀的温度场，并诱发板厚方向非均匀 年首次提出的一种新的金属板料柔性成形工艺方 的应力场，应力场的变化引起弯曲变形，变形后的板 法，是在不加外力的条件下，利用激光扫描金属薄板 料存在残余应力。 笔者以ＴＡ２ 板料为研究对象，利 时在热作用区域产生强烈温度梯度而诱发的热应 用正交试验法安排激光束参数［８］ ，对ＴＡ２ 板料热应 力，使板料实现塑性变形［１，２ ］ 。 经过 ２０ 多年的研 力弯曲成形工艺参数进行全面评估，研究 ＴＡ２ 板料 究，国内外学者对激光热应力成形技术取得了很大 弯曲成形时扫描次数、激光束能量、光斑直径、扫描 成绩［３～６］ ，但国内板料热应力成形技术还远未成熟， 速度对弯曲角度的影响规律，研究典型试样表面残 将其应用于生产实际尚需进行更多的基础研究。 根 余应力分布规律和试样变形区断面上显微硬度的变 据激光热应力成形过程中的工艺条件和所形成的温 化规律。 度场分布的不同，从成形机理上可分为温度梯度机 ［３］ 1　试验条件和试验方案 理、镦粗机理、翘曲机理和弹性膨胀机理 。 在激 光热应力过程中，激光诱导的温度场分布决定了热 实验采用 ＴＡ２ 板料，试件尺寸为 １００ ｍｍ × 应力的大小及其分布，从而决定了板料的变形大小 １０ｍｍ ×０．６ ｍｍ。 图１为激光热应力成形试验装置 以及板料表面、内部的残余应力分布状况。 对于各 示意图。 试验用２．５ ｋＷ ＲＳ２０００ＳＭ 快轴流 ＣＯ 激 ２ 项同性的板料，其温度场分布可用如下数学模型描 光器对ＴＡ２ 板料进行扫描，试样在空气中冷却，工 述［７］ ： 件平放在工作台上，水平夹紧试样一端。 试验的激 T ＝f （x ，y ，z ，t ，P ，V，D ，ξ，ψ，ζ）。 光功率为 ０．８～１．５ ｋＷ，扫描光斑直径为 矱２～ 由该式可见，在激光热应力过程中，温度场是三 ５ ｍｍ，采用正交试验法安排试验参数，沿扫描路径 维且随时间变化的；其影响因素较多。 在板料厚度 往复连续扫描；为了控制两次扫描之间的时间间隔， ［收稿日期］　２００６－０８－１８；修回日期 ２００６－１２－１８ ［基金