Регистрация / Вход
Прислать материал

Основные технологические показатели и процессы при лазерной обработке металлов

Фамилия
Каргин
Имя
Кирилл
Отчество
Сергеевич
Номинация
Металлургия
Институт
Институт экотехнологий и инжиниринга (ЭкоТех)
Кафедра
Кафедра металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов (МЗМ)
Академическая группа
ММТ16-5-5
Научный руководитель
д.т.н., проф. Симонян Л.М.
Название тезиса
Основные технологические показатели и процессы при лазерной обработке металлов
Тезис

К технологическим лазерам относят лазеры, которые способны нагреть объект воздействия до температур, при которых в обрабатываемом материале происходят те или иные физические процессы.

Длина волны технологических лазеров для металлов находится в видимой области. Мощность излучения P, Вт можно рассматривать как критерий технологических лазеров, поскольку процессы лазерной обработки связаны с тепловым действием излучения.Плотность мощности излучения непрерывных и импульсных лазеров q, Вт/м2 – наиболее важный параметр теплового воздействия лазерного излучения. Под плотностью мощности q понимают мощность Р, поглощенную единицей площади пятна фокусировки S:

\(q = {{P} \over S}\)

Так как:

\(P = {{E} \over \tau}\)

где E – энергия в импульсе,  – его длительность, площадь пятна фокусировки в общем случае:

\(S = {{\pi d^2} \over 4}\)

(d – диаметр пятна фокусировки, в зависимости от задачи составляет 0,001…0,2 мм), плотность мощности импульсного излучения:

\(q_{imp} = {{E} \over \tau S}={{4E} \over \pi d^2 \tau}\)

Плотность потока энергии лазерного излучения, необходимая для плавления металлов, может варьировать от 2·104 Вт/см2 для углеродистых и коррозионностойких сталей до 2·106 Вт/см2 для вольфрама.

В металлах электромагнитная волна экспоненциально затухает в очень тонком поверхностном слое − «скин-слое» (δ~105…10-6 см, т.е. α~105 ...106 см-1). При лазерной обработке металлов глубина проникновения тепла вглубь металла на несколько порядков превышает толщину скин-слоя, но все же практически прилегает к поверхности.

Значение поглощательной способности некоторых металлов приведенны в таблице

Металл

Лазеры

Ar+

λ~0,488 мкм

Рубин

λ~0,69 мкм

Nd-АИГ

λ~1,06 мкм

CO2

λ~10,6 мкм

Al

0,19

0,11

0,08

0,019

W

0,55

0,50

0,41

0,026

Fe

0,68

0,45

0,35

0,076

Ni

0,40

0,32

0,26

0,03

Ti

0,48

0,45

0,42

0,08

 

Все металлы при нормальной температуре и нулевом угле падения отражают более 80 % лазерного излучения. С достижением точки плавления способность поглощать лазерное излучение возрастает.

Современный диапазон интенсивности лазерного излучения в процессах лазерной обработки металлов находится в пределах 104-109 Вт/см2, диапазон времени воздействия в этих процессах составляет от 10-2 до 10-10 с, (Рис 1).

Рисунок 1 - Лазерное воздействие на вещества.