2 / 9
Keywords
:
laser, efficiency, hybrid processing, hardening steel, mathematical model.
Лазерный луч является одним из наиболее доступных источни-
ков энергии, который при атмосферных условиях позволяет получить
максимальные плотности мощности. Поэтому как источник энергии
он открывает новые технологические возможности при обработке ма-
териалов [1]. Однако низкая эффективность лазерного воздействия
сдерживает широкое использование мощных лазеров в производстве и
заставляет искать пути снижения энергетических затрат. Повышения
эффективности лазерного воздействия при обработке лучевыми мето-
дами можно достигнуть совмещением тепловых источников, имеющих
различное распределение плотности мощности в пятне нагрева [2].
Снижение мощности лазерного излучения при сохранении глубины
проплавления в процессе гибридной сварки связано с возникновением
синергетического эффекта. Его сущность заключается в том, что коли-
чество (объем) расплавленного металла при совместном действии двух
или нескольких источников теплоты существенно превышает сумму
объемов расплавов от независимого действия каждого из источников.
Качественное понимание синергетического эффекта при действии све-
толучевых источников следующее. При совмещении на кромках сва-
риваемого изделия тепловых пятен от нескольких источников может
возникнуть ряд процессов, которые существенно увеличивают эффек-
тивность ввода в металл теплоты. Это можно объяснить тем, что с
ростом температуры поверхности металла увеличивается ее поглоща-
тельная способность для светового излучения, т.е. подогрев металла
дополнительным источником приводит к росту эффективности воз-
действия другого источника, например лазерного излучения. Кроме
того, происходит сложение (суперпозиция) тепловых полей двух ис-
точников теплоты. В итоге увеличение объема расплава при сварке
совмещенными источниками проявляется либо в росте глубины про-
плавления при постоянной скорости по сравнению со сваркой одним
монохроматическим источником теплоты, либо в возможном увеличе-
нии скорости сварки.
Максимальный эффект зависит от параметров обработки, в част-
ности от взаимного положения источников [3].
Цель работы
— получение математической зависимости эффек-
тивности использования лазерного излучения от параметров обработ-
ки гибридным источником.
Известная математическая модель [4], разработанная в МГТУ
им. Н.Э. Баумана совместно с Санкт-Петербургским государственным
техническим университетом, предназначена для определения глубины
проплавления, формы сварочной ванны и скорости охлаждения метал-
ла шва при гибридной лазерной сварке. Выбор оптимального режима
является многофакторной задачей. Высокая трудоемкость вычислений
72 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2015. № 3