Лазерная Сварка Процесс

Лаб. 9

Схема лазерного раскроя материаловПроблематика:

  • Исследование процессов взаимодействия лазерного излучения с материалами

Цель исследований:

  • Разработка физических основ практических технологий лазерной обработки металлов и сплавов

Актуальность темы исследований

Лазерная обработка металлов (резка, сварка и др., ) имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами. Главные преимущества лазерной обработки это локальность действия и высокая точность, экономичность, возможность обеспечения высокого качества и автоматизации процесса. Несмотря на большое количество публикаций по лазерной обработке, технические достижения в этой области ограничены и применимы только для черных и некоторых цветных металлов (углеродистая сталь, электротехническая сталь, чугун, титан и др.). Эти ограничения связаны с проблемой качества лазерной обработки и необходимостью выбора оптимальных значений большого количества физических параметров (скорости процесса, характеристик излучения, теплофизических параметров материала, термодинамических параметров вспомогательного или защитного газа и т.п.).

К числу главных проблем, связанных с использованием СО2 лазеров мощностью до 10 кВт для резки толстолистовых металлов и сварки многокомпонентных сплавов следует отнести следующие:

  • плохое качество лазерного реза, которое связано с рядом причин и характеризуется недопустимо высокой шероховатостью;
  • для толстых материалов скорость процесса становится неприемлемо низкой;
  • с повышением мощности лазера, что вызвано ростом толщины металла при резке, очень трудно обеспечить необходимое качество одномодового лазерного излучения;
  • отсутствуют достоверные представления о причинах и механизмах появления шероховатости;
  • нет развитых методов регистрации и диагностики процессов, протекающих внутри лазерного реза или в полости парогазовой каверны и в лазерном расплаве при сварке;
  • отсутствуют способы получения бездефектного сварного соединения, что является главной проблемой при лазерной сварке алюминиевых сплавов авиационного назначения;
  • существующие математические методы описания и моделирования взаимосвязанных процессов лазерной обработки материалов не являются согласованными.

В этой связи при отработке технологий лазерной резки материалов (толщиной до 40 мм и выше) и сварки многокомпонентных сплавов чрезвычайно повышается роль физико-математического, численного и экспериментального моделирования.

Проблемы моделирования процессов лазерной обработки металлов

  • Отсутствует достоверная информация о тонких физических процессах происходящих внутри лазерного реза или паровой каверны при сварке.
  • Экспериментальное наблюдение процессов в режиме реального времени затруднено присутствием мощного лазерного излучения, поэтому нет каких-либо методов их диагностики или визуализации.
  • Отсутствуют самосогласованные математические модели, существующие модели основаны на интегральных законах сохранения, которые справедливы для тонких пластин.

Математическое описание реальной картины требует рассмотрения в сопряженной постановке ряда задач физики лазерного излучения, механики жидкости и газа, физики твердого тела, физической химии и др., например:

  1. Особенности поглощения лазерного излучения металлами с учетом влияния поляризации пучка, многократное переотражение излучения.
  2. Взаимодействие лазерного излучения с поверхностью металла, течение расплава металла, образование парогазовой каверны.
  3. Распространение тепла в твердом металле и фазовые переходы.
  4. Динамика рабочего газа, силовое взаимодействие газа с жидким слоем расплава, его разрушение и т.д.

1Проблемы взаимодействия лазерного излучения с металлами в технологиях их лазерной обработки (резки и сварки)

Схема процессов внутри реза 1
Похожие страницы: