激光切割锐利边缘的热应力分析[外文翻译].doc

附件C：译文

激光切割锐利边缘的热应力分析
B.S.Yilbas, A.F.M. Arif, B.J. Abdul.Aleem

关键词：激光切割；金属薄板；热应力
摘要：本文研究了激光切割锐利边缘及其切口的热应力扩展。研究中用有限 元法预测温度和应力场，而用X射线衍射（XRD）技术来测量切割边缘周围的残余应力。仿真和实验所用的工件为一个5毫米厚的低碳钢板。其边缘的形态学和金相组织变化用光学显微镜和扫电子显微镜（SEM）检测。结果表明，当激光束位于该区域时，锐角部保持很高的温度。这反过来又降低了冷却速度，和该区域的von Mises应力。最大残余应力是在尖角处，大小约90MPa，而最大von Mises应力约为280MPa，发生在远离尖角部位。此外，残余应力的预测与实验数据的相一致。

1引言
金属板材激光加工在工业上广泛应用。高能聚焦光束保证了快速处理和加工精度。由于激光加工是涉及高温，在加工区域的温度梯度上升到高值。这反过来，导致在照射区域产生了热应力。加工过后快速冷却在加工区域形成压应力。这种情况尤其是在激光切割锐边或锐角时发生。在这种情况下，在锐边和锐角产生的残余应力限制了加工工件在实际中的使用。因此，研究激光切割锐边和锐角时的热应力很有必要。
国内外开展了相当多的研究来分析激光切割和热加工。Li and Sheng [1] 进行了陶瓷激光切割的平面应力模型研究，该模型可以确定其应力水平和何时开始断裂。他们提出了混合模型来预测断裂开始，而应力分析使用采用了平面应力模型的数值方法。Li and Sheng [2]还开展了预测激光切割薄板的热影响区和残余应力分布的数学研究。他们分析了切割速度和激光能量对热影响区大小和由此产生的残余应力的影响。Aloke[3]等提出了一种激光切割孔槽热效应的物理模型。他们假设激光旁边的洞是塑性变形其残余应力超过了基体材料的屈服极限。Lu等人研究了无限大的板由一个以恒定速度移动的点热源产生的应力分布问题。他们指出，焊接和切割的应力强度因素相反，这意味着，热源产生的热肠往往靠近在尖端附近切割表面。Modest and Mallison [5]使用弹性热应力模型预测陶瓷激光加工应力场。他们预测了弹性应力场的增强和衰减。Tsai and Chen [6].提出了控制断裂的激光切割技术。他们使用Nd：YAG激光在基体材料表面上划槽，