Лазерна обробка потужним джерелом, що швидко рухається

(двомірне завдання)

(додаток А, програма 4, файл MathCad – „4.mcd”).

Теоретичні відомості

Обробка потужним джерелом, що швидко рухається, відповідає випадку впливу на матеріал скануючого по поверхні лазерного випромінювання. Рішення такого теплового завдання при використанні методу функцій Гріна (миттєве теплове джерело) описано в [5, 10]. Як й у раніше описаних моделях передбачається, що потужність лазерного джерела не залежить від часу, матеріал однорідний, а тіло можна вважати напів нескінченним:

- температура в центрі плями в будь-який момент часу t <= t_i тобто на стадії нагрівання описується формулою 9.1;

- розподіл температури по Z, Y у будь-який момент часу t <= t_i описується формулою 9.2;

- оцінка глибини зони термічного впливу зверху формулою 9.3;

- розподіл температури по поверхні (циліндрична симетрія) у будь-який момент часу t <= t_i формулою 9.4;

- розподіл температури вглиб і по поверхні (циліндрична симетрія) у будь-який момент часу t <= t_i формулою 9.5;

Варіанти завдань

1. Промоделювати процес лазерної обробки потужним джерелом, що швидкорухається: розрахувати температури на стадії нагрівання, оцінити величину зони термічного впливу.

2. Для заданого матеріалу визначити технологічний режим обробки (параметри обробки відомих лазерних систем), що дозволяють одержати максимальну глибину загартування без оплавлення поверхні.

3. Вивчити характер залягання в матеріалі зони загартування (побудувати графічно розподіл епюри температур з Т >= Ас₁).

 

Практична робота № 10

Лазерна обробка Гаусовим розподіленим джерелом

(імпульсний режим, двовимірне завдання, циліндрична симетрія).

(додаток А, програма 5, файл MathCad – „5.mcd”).

 

Теоретичні відомості

Модель Гаусового розподіленого джерела корисна при вивченні ступеня впливу лазерних пучків скануючих по поверхні однорідного матеріалу з більшим перекриттям [5]:

- розподіл температур по Z,R у будь-який момент часу t <= t_i описується формулою 10.1;

- розподіл швидкостей нагрівання по Z,R у будь-який момент часу t <= t_i описується формулою 10.2;

- розподіл температур по Z,R у будь-який момент часу t >= t_i описується формулою 10.3;

- розподіл швидкостей охолодження по Z,R у будь-який момент часу t >= t_i описується формулою 10.4;

Варіанти завдань

1. Промоделювати процес лазерної обробки Гаусовим розподіленим джерелом: розрахувати температури на стадії нагрівання й охолодження, швидкості нагрівання й охолодження.

2. Для заданого матеріалу визначити технологічний режим обробки (параметри обробки відомих лазерних систем), що дозволяють одержати максимальну глибину загартування без оплавлення поверхні.

3. Вивчити характер розподілу температур по координатах R, Z залежно від ступеня зосередженості ЛВ (параметр до = 1, 0,5; 0,3 і т.д.)

 

Практична робота № 11

Лазерне зварювання точковим імпульсним лазерним джерелом

(два листи в стопці, одномірне завдання).

(додаток А, програма 6, файл MathCad – „6.mcd”).

 

Теоретичні відомості

Для зварювання двошарових матеріалів із різними теплофізичними характеристиками, за умови ідеального контакту (відсутній термічний опір на границі шарів), може бути використана модель напів нескінченного середовища («нескінченною» передбачається нижня пластина) [5]:

- одномірний розподіл температур у першій пластині в будь-який момент часу t <= t_i описується формулою 11.1;

- одномірний розподіл температур у другій пластині в будь-який момент часу t <= t_i описується формулою 11.2;

Варіанти завдань

1. Промоделювати процес лазерного зварювання двошарової пластини: розрахувати температури на стадії нагрівання в першій і другій пластинах.

2. Для двох заданих матеріалів визначити технологічний режим обробки (параметри обробки відомих лазерних систем), що дозволяє одержати максимальну глибину зварювання.

3. Вивчити, як міняється температура контакту при зміні параметрів лазерного зварювання.

 

Список літератури

1. Марочник сталей и сплавов: Справочник / Под ред. В. Г. Сорокина. – М.: Машиностроение, 1989. – 640 с.

2. Таблицы физических величин: Справочник / Под ред. И. К. Кикоина. – М.: Атомиздат, 1976. – 1008 с.

3. Дьяконов В. П. Справочник по MathCAD PLUS 7.0 PRO. – М.: СК Пресс, 1998. – 360 с.

4. Шишковский И. В., Завестовская И. Н., В. И. Игошин. Теоретическое и численное исследование напряжений при лазерной закалке сталей Труды ФИ РАН. – Т.217 – М. – 1993. – С. 13–36.

5. Григорьянц А. Г. Основы лазерной обработки материалов. М.: «Машиностроение», 1989. – 301 с.

6. Астапчик С.А., Голубев В.С., Маклаков А.Г. Лазерные технологии в машиностроении и металлообработке / НАН Беларуси; ГНУ "Физико-технический ин-т". — Минск: Белорусская наука, 2008. — 251с.

7. Воробьева Г.А., Каратушин С.И., Леонов А.Ф. Основы лазерного термоупрочнения: Учеб. пособие / Балтийский гос. технический ун-т "Военмех" {Санкт-Петербург}.: Б.и., 2001. — 47с.

8. Вохмянин Н. А., Синяков К. А. Современные технологии лазерной термической обработки инструментальных сталей / Санкт-Петербургская гос. лесотехническая академия. — СПб.: ЛТА, 2001. — 74с.

9. Гаращук В. П. Основи фізики лазерів. Лазери для термічних технологій: Навч. посіб. / НАН України; Інститут електрозварювання ім. Є.О.Патона. — К.: ІЕЗ ім. Є.О.Патона, 2005. — 242с.

10. Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Мисюров А. И. Технологические процессы лазерной обработки: учеб. пособие для студ. вузов, обучающихся по спец. "Машины и технология высокоэффективных процессов обработки материалов" направления подгот. "Машиностроительные технологии и оборудование" / Александр Григорьевич Григорьянц (ред.) — М.: Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2006. — 663с.

11. Перелома В. А., Щерба А. А., Подольцев А. Д., Кучерявая И. Н., Лихошва В. П. Исследование тепловых процессов и структуры поверхностного слоя при лазерной наплавке порошковых материалов. — К., 1998. — 47с.

Додаток А