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

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

Релаксационный механизм лазерной резки металла в ходе производства противопожарных дверей, металлических корпусов

В предыдущих статьях рассматривалась модель движущейся "ступеньки" расплава в процессе лазерного ракроя металла. "Ступенька", движущаяся вниз по фронтальной стенке ПГК, может возникать в определенном "коридоре" скоростей процесса ЛС вследствие "нахлеста" движущегося лазерного пучка на часть верхней поверхности свариваемого образца, находящегося впереди входа в парогазового котла . В момент времени, соответствующий появлению некоторого избытка давления паров над поверхностью расплава в зоне ВА, часть расплава начинает "сдуваться" давлением отдачи паров вниз вдоль передней стенки ПГК в виде "ступеньки". (Это явление подобно периодически возникающим и перемещающимся вниз по передней стенке ПГК "ступенькам" в процессе лазерной резки, впервые рассмотренным ранее.

Предполагается, что пучок во всем своем сечении параллелен оси ПГК, то есть рассматриваем случай геометрической оптики, или движущейся струи расплава, движущиеся от ступеньки (CD) на передней стенке (0CDD) парогазового канала в заднюю часть ванны расплава (D,EF). Стрелка вправо от ступеньки (CD) соответствует направлению течения в струе расплава шириной,огибающей боковую стенку ПГК, в момент времени, когда ступенька при своем движении вниз пересекает точку С. Далее необходимо рассматривать волноводную модель распространения и поглощения лазерного излучения в ПГК.

Другое ограничение рассматриваемой модели относится к процессу образования плазмы в ПГК, который существен при ЛС с большими интенсивностями (7 > 2-Ю6 Вт/см2) (в случае СО2-лазера); для ЛС излучения Nd-YAG лазером этот вопрос представляется некритичным. В случае ЛС излучением СО2-лазера величина q в рассматриваемой модели ограничена значением - 2-Ю6 Вт/см2. Условие возможности режима движущейся "ступеньки": <Ре<Ре=2-4.

Верхний предел Ре чисел Пекле, при которых может развиваться ступенька, зависит от радиального распределения интенсивности пучка и от числа Нуссельта Nu. Основываясь на рассмотрении генерации поверхностных электромагнитных волн, резонансно взаимодействующих с капиллярными волнами на поверхности расплава, можно полагать, что коэффициент поглощения А лазерного излучения с длиной волны -10 мкм близок к 1. Величина числа Нуссельта находится в районе 20 -100.

При наличии пьедестала или ореола с радиусом гп в распределении q(r) величина Ре уменьшается в отношении (го/гп), которое может составлять фактор 0,5 - 0,3. Учет термокапиллярного эффекта приводит к некоторому повышению величины Ре. Нижний предел Ре, то есть (Ре*)"1, объясняется процессом радиальной диссипации тепла, который предотвращает генерацию ступеньки.

Величина ступеньки Д ~ гд/Ре* = 10~2 см не зависит от скорости ЛС. Если выполняется условие (ре' 1 <Ре<Ре) неустойчивости процесса вытеснения расплава с передней стенки ПГК, сопровождающейся зарождением ступеньки расплава, движущейся вниз вдоль этой стенки, то естественно предположить, что процесс ЛС станет импульснопериодическим. Смыв расплава с передней стенки при этом должен происходить не синхронно вдоль всей высоты стенки, как это предполагается в других работах, но в форме движения волны смыва, оставляющей за собой обнаженную твердую поверхность металла, находящуюся при температуре плавления. Время движения этой смывной волны либо короче времени последующего накопления слоя расплава толщиной 5 мм., либо одного с ним порядка, поэтому вниз вдоль передней стенки ПГК одновременно могут двигаться несколько ступенек. Значения средней скорости движения ступеньки и действующего на нее давления отдачи паров составляют 0,6-103см/с., что можно наблюдать в ходе лазерной резки металлической поверхности для противопожарных дверей.

Рассмотрим механизм равновесия задней ванны расплава при движении ступеньки вдоль передней стенки ПГК. Струя паров от ступеньки бьет в заднюю стенку ПГК, двигая вниз с высокой скоростью в зону, в которой происходит ускорение расплава в сторону ванны в течение определенного времени. Ускоренный расплав движется вправо и затем вверх. После окончания действия динамического давления струи паров, отталкивающего заднюю стенку ПГК в течение времени и стремящегося вытолкнуть расплав нз задней ванны, расплав возвращается к исходному положению задней стенки ПГК под действием сил поверхностного натяжения на стенках ПГК и на верхней поверхности ванны расплава в течение времени t, образования очередной ступеньки. Можно показать, что динамическое давление струи пара от движущейся ступеньки, бьющей о заднюю стенку ПГК, не должно приводить к выплеску ванны расплава, так как соответствующая выплеску критическая величина числа Ре превышает верхнее граничное значение Ре = Ре', ниже которого может возникать ступенька. Оценим возможность выплеска задней ванны расплава вследствие впрыска в нее с передней стенки ПГК двух затопленных пристеночных струй расплава, возникающих при движении ступеньки и перемещающихся вместе с ней вниз. За счет скоростного напора струя может прорвать пленку поверхностного натяжения на верхней поверхности ванны расплава вследствие недостаточности длины торможения струи лишь при малых глубинах ПГК. При обычных значениях параметров ЛС процесс ЛС с движущейся ступенькой должен происходить без выплеска струи расплава из задней ванны.

Рассмотрим капиллярный коллапс передней стенки ПГК, чаще возникающих при сварке металлических корпусов. При достаточно малых скоростях ЛС (таких, что Ре < Ре < Ре", причем Реп = 1,5 - 2), на передней стенке ПГК, при Т<Тд, развиваются гофры капиллярного коллапса. Эти гофры должны двигаться вниз вдоль ПГК за счет давления отдачи, так же, как и ступенька, и механизм переноса расплава в этом режиме такой же, как и при движении ступеньки. Этот случай имеет отношение к рассматриваемому релаксационному режиму ЛС с образованием ступенек, когда Ts< TB, где Ts—температура поверхности расплава на передней стенке ПГК, Тв — температура кипения. Если время генерации ступеньки t^ превышает время развития коллапса, что имеет место при выполнении условия Ре< Ре*а < Ре* (= 2 - 4), то коллапс (то есть гофры на передней стенке) развивается раньше, чем ступенька. При определенном значении амплитуды развивающихся гофр появление избыточного давления пара (Т> Тв) над их освещаемой поверхностью должно приводить к перемещению гофр вниз вдоль стенки ЛГК, что внешне похоже на движение ступенек.