ФХОМНТ_лазерная_сварка_Журнал2 (1245589), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Рис.1 Схема соединения внахлест двух полос металлической фольги

ВНИМАНИЕ! При проведении расчетов все данные должны быть приведены к единой системе размерности.

1. Расчет теплового потока q внутри материала

,[Вт]

где Т_пл - температура плавления материала в град Кельвина

λ - теплопроводность материала, Вт/см К

a- коэффициент температуропроводности, справочная величина, см²/с

t_u - длительность лазерного импульса, с

В практике ряда технологических процессов принято оценивать зону термического влияния по глубине прогретого слоя. Для рассматриваемого случая сварки, когда используется режим неострой фокусировки лазерного луча, глубина прогретого слоя z_пр определяется по формуле

z_пр = 2,36(at_u)^{1/2 (1)}

Поскольку материал фольги достаточно тонкий и соизмерим с диаметром светового пятна неострой фокусировки лазерного луча, то принимается, что эффективный радиус облученной зоны рис.2 будет равен сумме толщин расплавляемой верхней пластины h_в и проплавленной зоны нижней пластины h_п^.

2r = z_пр = h_в + h_п

Излучение

h_в

Верхняя пластина

Нижняя пластина

2r

h_н

Рис.2 Эффективный радиус облученной зоны

Тогда из (1) длительность импульса будет равна

t_u= (z_пр /2.36)²/a, [c]

Расчитываем

z_пр = h_в + h_п =

t_u=

, где a берется из табл.№1 на стр.6

и

q =

2. Расчет необходимого теплового потока, падающего на поверхность детали

Поскольку часть световой энергии, падающей на свариваемую пластину, поглощается материалом, рас­простра­ня­ясь в виде теп­ло­вой вол­ны, и не участвует в процессе нагрева, то мощность излучения должна быть несколько больше мощности теплового потока внутри материала с учетом коэффициента поглощения.

q_н=q/A , [Вт]

где q_н необходимый тепловой поток, падающий на поверхность детали

A - коэффициент поглощения материала, справочная величина из табл.№1 на стр.6 для соответствующего матриала согласно номеру задания (см. таб.№1 приложения).

q_н =

3. Расчет необходимой плотности теплового потока внутри материала

Плотность теплового потока P равна

P = q_н /S, [Вт/м²]

где S - площадь светового пятна на пластине

S = πr²

где r - эффективный радиус облученной зоны, равный z_пр/2

S =

P =

4. Расчет максимальной энергии импульсов излучения

W= q_н ∙t_u [Вт∙с]

W=

5. Расчет скорости сканирования пучка излучения лазера

V_ск =2rK/t_u , [м/с]

где К - коэффициент перекрытия пучка излучения лазера согласно номеру задания

V_ск =

6. Расчет эффективного КПД процесса

η = q / q_н ∙100%

η =

7. Расчет длительности технологического процесса

t=L/ V_ск , [c]

где L - длина сварного шва

t=

8. Расчет теоретической энергоемкости процесса

Q= q_н ∙t , [Вт∙с] или [Дж]

Q=

9. Построить график зависимости плотности теплового потока q внутри материала от длительност лазерного импульса t_u для диапазона изменения ± 50% относительно полученного в разделе 1. расчетного значения.

Контрольные вопросы

1. Какое явление лежит в физической основе работы лазера?

2. Какое электромагнитное излучение называется спонтанным?

3. Какое излучение называется вынужденным?

4. Какое состояние атомов называется инверсией населённости?

5. Назовите основные конструктивные элементы лазера.

6. Перечислите источники энергии, применяемые для накачки рабочего тела лазера?

7. Что такое рабочее тело лазера?

8. Поясните механизм образования монохроматического луча в рабочем теле лазера

9. Какие вещества (по своему агрегатному состоянию) могут быть рабочим телом лазера?

10. Что такое резонатор лазера? Из чего он состоит?

11. Что включает в себя оборудование для лазерной для сварки?

12. В каком случае при сварке используют систему перемещения луча при неподвижных деталях?

13. Перечислите примущества и недостатки лазерной сварки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - 663с.

2. Либенсон М.Н., Яковлев Е.Б., Шандыбина Г.Д. Взаимодействие лазерного излучения с веществом (силовая оптика). Часть II. Лазерный нагрев и разрушение материалов / под общ. ред. В.П. Вейко. СПб: НИУ ИТМО, 2014.181 с.

3. Шахно Е.А. Математические методы описания лазерных технологий. Учебное пособие.- СПб: СПбГИТМО (ТУ) , 2002

4. Вейко В.П., Шахно Е.А. Сборник задач по лазерным технологиям. Изд.3-е испр. и дополн.- СПб: СПбГУ ИТМО, 2007.- 67с.

Приложение №1

Таблица № 1

Варианты номеров для выполнения задания

Номер варианта соответствует порядковому номеру ФИО студента в списке группы.

27

Характеристики

Список файлов учебной работы