Time-varying temperature field characteristics of TC4 titanium alloy by Gaussian-pulsed laser ablation

TC4钛合金具有优良的耐蚀性、低密度、高比强度及较好的韧性和焊接性等一系列优点，在航空航天领域起到越来越重要的作用。以有限元分析方法为基础，利用热传导方程对TC4钛合金圆盘温度场进行了数值计算。分析了脉冲激光加工金属材料的工作特点，建立了符合实际加工特点的热模型，数值分析了TC4钛合金温度场随激光功率、光斑半径及激光脉宽的影响规律。研究结果表明：若使用中心激光波长为<styled-content style-type="number">1064</styled-content> nm，激光功率为2 kW，光斑半径为2 mm，激光脉宽为8 ms，脉冲重复频率为1 kHz，尺寸直径为Φ5.0 cm，厚度为5 mm的TC4钛合金，其在50 ms间具有的峰值温升为<styled-content style-type="number">1209.80</styled-content> K；在相同条件下，当光斑半径分别为1.5 mm、2.0 mm、2.5 mm、5 mm时，钛合金端面的最高热形变量为30.033 μm。研究结果将为激光加工钛合金时准确设置激光加工参数提供理论依据。