[发明专利]一种金属材料对激光的吸收率的标定方法

说明书

本发明属于激光预热辅助加工领域，具体涉及一种金属材料对激光的吸收率的标定方法，其包括如下步骤：包括：S1利用热电偶测量工件的测试点在激光照射下温度随时间变化的值；S2建立工件的热源模型，采用该热源模型进行仿真试验，得到测试点在热源模型上对应点的温度随时间变化的值；S3调整输入热源模型的激光吸收率的参数；S4将仿真试验结果分别与实际测量结果进行非线性误差分析，得到的最优结果所对应的激光吸收率参数即为金属材料对激光的吸收率。本发明的方法能够得到高精度的标定结果，且过程简单、试验装置易获得、计算量小、不易受到外界因素的干扰，因此，尤其适合金属材料的激光吸收率的测试。

技术领域

本发明属于激光预热辅助加工领域，更具体地，涉及一种金属材料对激光的吸收率的标定方法。

背景技术

高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料因其具有良好的耐高温、耐腐蚀性能，良好的抗疲劳性能等，已经被广泛的应用于高科技工业之中。目前，激光预热辅助切削是提高难加工材料加工性能的有效方法之一，通过提高材料被切削点前局部位置的温度，改善其热加工性能，降低切削力，提高刀具寿命。激光预热辅助切削的关键技术之一在于被加工材料在激光照射下温度场的分布，其中材料对激光的吸收率是影响激光预热对材料温度场分布的重要因素，通过标定出金属材料对激光的吸收率就显得尤为重要。

目前针对金属材料的激光吸收率测试做出了一些研究，如专利CN10578820A公开了一种材料激光吸收率的测试装置和测试方法，其通过温度采集装置采集的数据直接传给传感器，经过处理后获得激光吸收率的数据，该方法能够快速直接地测试出激光吸收率，但该方法的数据易受到试验条件和装置的影响，测试出的结构精度不够高。专利CN102435582B公开了一种高精度激光吸收率测量装置，该装置测试的激光吸收率精度准确，但该装置十分复杂，且成本高昂，使用范围受到限制。针对上述缺陷和不足，目前还没有一种测试激光吸收率的方法，能够既快速又准确的对激光的吸收率进行标定。

目前的温度测量方式有接触式和非接触式两大类，热电偶属于接触式测量方式，其基本原理是将两种不同材料(但符合一定要求)的导体或半导体A和B的任意一端焊接在一起构成热电偶，如图2所示。组成热电偶的导体或半导体称为热电极，被焊接的一端插入测温场所，称为工作端，另一端称冷端，当两端温度不同时就会产生热电势。热电偶是测量温度的感温元件，将温度信号转换为电信号再由仪表显示出来，其测温仪表结构简单、可靠，测量精度较高，使用方便；但因测温元件与被测材料需要进行充分的热交换，需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象。

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激光热源通过一定的作用面积将热能传递到工件上，该作用面积包含了激光绝大部分的能量，加热光斑内热流密度的分布可以近似的用高斯数学模型来描述，如图3所示：

Q＝αP (2)

若加热光斑内热流密度均匀分布则可表示为：

式中，q(r)是距离热源中心r处的热流密度，加热光斑的半径为r_H，Q是热源中心处的最大热流密度，α为材料对激光的吸收率，P为激光峰值功率。

目前尚未出现采用温度测量方式和有限元软件来进行激光吸收率的标定方法，本领域亟需设计一种新的标定方法解决上述缺陷和不足。

发明内容