Лазерна обробка Гаусовим розподіленим джерелом
(імпульсний режим, двовимірне завдання, циліндрична симетрія).
1. Завдання теплофізичних характеристик речовини;
2. Завдання параметрів обробки:
3. Теплофізичні оцінки для вибору розрахункової моделі.
4. Розрахунки:
, 
, 
, вводимо число розбивок по Z, R і по t.
, 
, 
, 
, 
, 
.
Нагрівання матеріалу:
, 
, 
, 
.
. (10.1)
. (10.2)
Те ж при фіксованому часі
.
 |  |
| Рисунок 10.1 - Розподіл температури при нагріванні T3(z,r) | Рисунок 10.2 - Швидкість нагрівання V30(z,r) |
Температура на стадії охолодження [5].
, 
. Момент часу фіксований tf=3×ti.
.(5.3)
Швидкість на стадії охолодження може бути розрахована по формулі [5]. Момент часу також фіксований tf=3×ti.
. (5.4)
 |  |
| Рисунок 10.3 - Розподіл температури на стадії охолодження TR(z,r) | Рисунок. 10.4 - Швидкість на стадії охолодження VR(z,r). |
Програма 6 (файл – „6.mcd”) :
Лазерне зварювання точковим імпульсним лазерним джерелом
(два листи в стопці, одномірне завдання).
1. Завдання теплофізичних характеристик речовини:
Матеріал -залізо.
, Постійна Пі.
, C, Температура плавлення, 
.
, C, Температура поліморфного перетворення.
, kg/m3, густина.
, J/(kg×К), теплоємність.
, W/(m×К), теплопровідність.
, m2/s, температуропровідність, 
.
, , 
, 
-- m, висота, довжина, ширина зразка.
Матеріал - титан.
, C, Температура плавлення, 
.
, kg/m3, густина.
, J/(kg×К), теплоємність.
, W/(m×К), теплопровідність.
, m2/s, температуропровідність, 
.
, 
, 
-- m, висота, довжина, ширина зразка.
2. Завдання параметрів лазерної обробки
, m, радіус плями лазерного випромінювання.
, W, Потужність лазерного впливу.
, коефіцієнт поверхневого поглинання лазерного випромінювання верхньою пластиною. 
, W/(m2), Густина потужності лазерного впливу, 
.
, m/s, Швидкість сканування лазерного пучка по поверхні.
, s, час лазерного впливу , 
.
3. Теплофізичні оцінки для вибору розрахункової моделі:
, m, зона термічного впливу на яке пошириться тепло за час лазерного впливу, 
.
, m/s, швидкість поширення теплового фронту за час лазерного впливу, 
.
Далі для визначення правомірності вибору тієї або іншої розрахункової моделі необхідно зіставити:
1. ht ~ rp, тобто розподіленим або крапковим є джерело;
2. vt ~ VL, тобто чи є джерело, що швидко рухається;
3. ht ~ H, чи є модель напів нескінченним тепловим завданням.
4. Розрахунки:
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
.
Температура в першій пластині може бути розрахована по формулі (11.1)
 |  |
| Рисунок 11.1 - Розподіл температури в першій пластині T1(z) на момент закінчення лазерного імпульсу | Рисунок 11.2 - Розподіл температури в першій пластині T1(z,t) |
, 
.
Температура в другій пластині:
(11.2)
 |  |
| Рисунок 11.3 - Розподіл температури в другій пластині T1(z,t) | Рисунок 11.4 - Розподіл температури в другій пластині T1(z) на момент закінчення лазерного імпульсу |
Додаток Б
Таблиця 1
| Властивості | Fe | Ti | Ni | Al | Латунь | Cт. 45 | В8 | Р18 | ШХ15 |
| 1. Густина, r×103 кг/м3 | 7. 874 | 4. 505 | 8.91 | 2.7 | 8.6 | 7.83 | 7.84 | 8.8 | 7.81 |
| 2. Температура плавлення, К | |||||||||
| 3. Коефіцієнт поверхневого поглинання | |||||||||
| 4. Температура a-g ,К | -- | -- | -- | ||||||
| 5. Уд. теплоємність, C Дж/кг×К - 300 К | 530.8 | 443.6 | |||||||
| - 800 К | 646.9 | -- | -- | ||||||
| - 1200 К | 989.2 | -- | -- | ||||||
| 6. Температуропровідність a×106, м2/с -300К | 21.9 | 7.1 | 22.9 | 483.5 | 439.8 | -- | -- | ||
| - 1000 К | 4.71 | 6.37 | 14.8 | -- | -- | -- | -- | -- | -- |
| - 1200 К | 6.45 | 14.5 | -- | -- | -- | -- | -- | ||
| 7. Теплопровідність, l, Вт / м×К - 300 К | 75.8 | 22.3 | |||||||
| - 873 К | -- | ||||||||
| - 1000 К | 27.5 | -- | -- | -- | |||||
| - 1500 К | 28.6 | 35.15 | -- | -- | -- | -- | -- | -- |
Таблиця 2
| Режими: | Квант-16 | Квант-15 | Квант-60 | Катунь | ЛТН-103 | A.306 | ЕЛУ |
| Потужність, Вт | <20 | < 800 | < 200 | (1-5)×103 | (2-2.5)× 103 | ||
| Енергія в імпульсі, Дж | < 30 | 6.3 | -- | -- | -- | -- | -- |
| Швидкість перемі-щення, см/хв | -- | -- | 4-1000 | 0. 6-1 | 2-10 | -- | 1-90 |
| Тривалість, с | (4-7)×10-3 | (0. 6-4)×10-6 | -- | -- | (1-10)×10-3 | -- | |
| Діаметр плями, см | 0.1-0.5 | 0.05-0.13 | (5-10)×10-3 | 0.05 | 0. 1-1 | ~ 0.5 | 0. 1-0.4 |