Численное моделирование процесса лазерной сварки стыковых соединений сталей толщиной 1...12 мм - page 17

номерным отражением состояния среды канала . Максимумы глубины
проплавления соответствуют периоду просветления среды , углубления
канала за счет испарения со стенок , продвижения фронта плавления в
глубь массива образца, минимумы — периоду экранировки лазерного
излучения сильноионизированной средой и прекращения испарения . Известны эмпирические корреляции частоты выплесков среды из
канала с устойчивостью жидкой фазы сварочной ванны , которая опре- деляет такие характеристики результатов лазерной сварки, как пори- стость шва (в пределе переходящая в схлопывания канала), его чешуй- чатость как результат периодического выноса металла по задней стен - ке на поверхность и другие дефекты сварки [6, 19, 26]. Это объясняет - ся тем , что интенсивные, но короткие по времени перепады давления
в канале не успевают воздействовать на инерционную жидкую фазу, в то время как более продолжительные , хотя и малоинтенсивные, пе- репады давления успевают возмутить ее . Для неглубоких каналов это
влияние малосущественно, но с увеличением мощности лазерного из- лучения и глубины оно усиливается . Так в работе [20] отмечается, что
такое критическое время для каналов глубиной около 10 мм составляет
около 1 мс.
Упомянутые колебания жидкой фазы, безусловно, влияют на про- цессы в канале , изменяют его форму и должны влиять на граничные
условия решаемой задачи . Однако эти эффекты существенны только
для случаев сварки с неустойчивым каналом, которые не представля - ют практического интереса и с помощью модели могут быть сразу ис - ключены из рассмотрения. Таким образом, анализ физических процес- сов в парогазовом канале и оценка частоты перепадов давления в нем
позволяют ограничиться моделированием процесса лазерной сварки в
условиях стабильного канала и подбирать параметры режимов , соот - ветствующие формированию качественного сварного соединения.
Результаты расчетов глубины проплавления, проведенных для раз - личных режимов сварки стали 12Х18Н10Т, сравнивали в работе с дан - ными натурных экспериментов (рис. 5). Сравнение показало хорошие
прогностические свойства модели. Расхождение значений глубины со - ставило 4, 75 . . . 10,5 %, что может быть объяснено, как уже отмеча- лось, упрощенным рассмотрением в модели процессов, протекающих
в жидкой фазе сварочной ванны и процесса распространения теплоты
в массиве образца, химической неоднородностью реальной стали, и не
снижает практической эффективности модели, делая ее во многих слу - чаях пригодной для подготовки технологического процесса лазерной
сварки в условиях производства.
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н .Э. Баумана . Сер . “Машиностроение”. 2005. № 3 83