8 800 301-35-45
8 495 781-35-45
info@s-laser.ru
цены
 
   
       
ГлавнаяСтатьи Добавить сайт в избранное
 
 
  • Услуги
  • Продукция

Статьи, посвященные лазерной резке

 
С Днем России!  
09.06.2017
Пусть этот светлый, радостный день запомнится каждому яркими событиями, праздничными салютами и, конечно же, чувством патриотизма!
подробнее...
Поздравляем с 9 мая!
 04.05.2017
В преддверии этого великого праздника, прежде всего, хочется сказать спасибо нашим дорогим ветеранам за Победу!
подробнее...
Карта сайта

Макромасштабные колебания параметров ПГК и ванны расплава при лазерном раскрое

Экспериментально зафиксированы низкочастотные и высокочастотные колебания параметров ванны расплава и ПГК при лазерном раскрое листового металла и при электроннолучевой сварке (ЭЛС). Колебания поверхностей ванны и ПГК приписываются чаще всего капиллярным колебаниям и релаксационным осцилляциям, связанным с испарительными, гидродинамическими и плазменными процессами. Высокочастотные колебания проявляются в виде периодических выбросов пара с эрозионным или плазменным факелом, а также в генерации акустических сигналов и в образовании периодических структурных неоднородностей шва — чешуек, пор, несплошностей.

Макромасштабные капиллярные колебания ванны расплава ранее анализировались. Эти модели хорошо согласуются с экспериментальными данными, но не все из них раскрывают механизмы возбуждения колебаний. Лишь в недавних работах исследователей рассматривается аналитическая модель спонтанного возбуждения стохастических осцилляции ванны расплава с частотами 1 - 10А Гц из-за развития капиллярно-испарительной неустойчивости формы ПГК с учетом взаимовлияния процессов гидродинамики, теплопереноса, испарения и переноса излучения. Капиллярные колебания дна ПГК анализируются во многих работах. Гидродинамические модели образования "капель" или "солитонов" и их распространения вниз вдоль стенок ПГК предложены для электронно-лучевой сварки. Аналитическая гидродинамическая модель конечного этапа развития этих "капель" (так называемого "коллапса" ПГК), заполнения расплавом пространства ПГК и последующего развития нового ПГК по причине "пробоя" расплава обсуждается в области электронно-лучевой сварки. Сейчас предложена теплофизическая модель для объяснения возникновения бороздок на боковых стенках лазерного реза. Идея этой модели применена к процессу лазерной сварки для объяснения явления движущейся в ПГК "ступеньки" расплава. Концепция "выдавливания" расплава с передней стенки ПГК за счет периодических всплесков давления паров была предложена для объяснения механизма нестационарного периодического переноса расплава в процессе лазерной сварки. В настоящей работе, в частности, рассматривается возможный механизм генерации всплесков давления пара при испарении в поле лазерного излучения микрокапель расплава при производстве металлических корпусов терминалов, изготовлении противопожарных металлических дверей, инжектированных в объем ПГК с поверхности его жидких стенок в результате развития капиллярно-испарительной неустойчивости.

Физические модели процесса лазерного раскроя

При значениях мощности лазерного луча, не превышающих нескольких сотен ватт, процесс ЛС (в так называемом "теплопроводностном режиме") адекватно описан аналитически и расчетно. Согласно этой модели, при ЛС материал нагревается и плавится, причем тепло распространяется по материалу только путем теплопроводности — ни гидродинамические, ни испарительные процессы роли не играют, поверхность расплавленного материала деформируется незначительно (под действием капиллярных сил). Недостаточно исследован вопрос о механизме поглощения ЛИ поверхностью расплава, особенно при образовании поверхностных периодических структур, например термокапилярных волн. При некотором пороговом значении мощности p>p в ванне расплава, в области раз­мером d, образуется кратер глубиной h > d (происходит переход в режим "кинжальной" ЛС).

Общепринятый механизм образованиятого кратера — давление отдачи паров материала при превышении температурой поверхности Г значения температуры кипения Т, в связи с чем кратер часто называют парогазовым каналом (ПГК). Нужно отметить ряд работ, в которых обращается внимание на капиллярные и термокапиллярные силы, участвующие в механизме лазерного раскроя. В некоторых работах рассматривается механизм образования кратера путем выноса расплава на поверхность за счет термокапил­лярной конвекции. Детальный анализ правомерности представлений о процессе ЛС по каждому из этих механизмов не проводился; термокапиллярный механизм глубокого проплавления, по крайней мере, при ЛС металлов, в условиях наличия ванны расплава, представляется очень слабым по сравнению с механизмом, основанном на ускорении расплава давлением паров.

Наиболее сложен вопрос о механизме поддержания ПГК в стационарном режиме ЛС. Чисто тепловые модели ЛС с глубоким проплавлением,вкоторых ПГК представляется абстрактным линейным тепловым источником, позволяют найти связь между Р, h и v в виде оценочных формул, качественно согласующихся с данными экспериментов. Остаются невыясненными вопросы о физическом механизме существования ПГК в стационарном (или усредненно-стационарном) режиме и соответственно — об оценке границ этого режима по параметрам (VCB, h, Р). Кроме того, учет реального физического механизма ПГК должен показать зависимость А от (Р, v) и тем самым уточнить результаты, даваемые чисто тепловой теорией ЛС.