Взаимодействие лазерного излучения с материалом при получении порошков и волокон


https://doi.org/10.21122/1683-6065-2021-1-114-123

Полный текст:


Аннотация

Воздействие лазерного излучения на твердое тело приводит к изменению температурного поля обрабатываемого вещества. Характер нагрева, определяющийся скоростями изменения температуры, температурных градиентов, оказывается различным в зависимости от свойств обрабатываемого материала и условий обработки.

Основными физическими параметрами процесса лазерной обработки твердых тел являются удельная мощность поглощенного лазерного потока 104–109 Вт/см2 и время взаимодействия металла с лучом 10–5–10–8 с. При взаимодействии подобных импульсов излучения с поверхностью происходит мгновенное взрывоподобное плавление части материала и перевод окружающего поверхность вещества в плазменное состояние. Последующее расширение плазмы сопровождается возникновением ударной волны с пиковым давлением 1–10 ГПа, которая действует на материал, и имеет место диспергирование металла.

Решена математическая задача нагрева и плавления цилиндрической пластины нормально падающим на ее поверхность световым потоком лазерного излучения, описываемая системой уравнений теплопроводности в трех сечениях нагреваемой пластины, которые характеризуются временным фактором воздействия лазерного излучения на вещество: 1) 0 ≤ t tm; 2) t > tm; 3) tm < t th (здесь tm, th – момент времени, соответствующий началу образования жидкой фазы и завершению плавления пластины).

Представлены расчетные зависимости изменения температуры поверхности металлических сплавов Х18Н10Т, Х15Н60 в течение воздействия импульса излучения лазера длительностью τ=5 мс. Наличие фазового перехода, связанного с плавлением металла (перегиб на кривых), ведет к временному снижению скорости роста температуры. Распределение температурных полей показывает значительную неоднородность в распределении температуры по толщине материалов, которая достигает 2000 °C и более в зависимости от толщины металла и условий воздействия. Температурные кривые нагрева поверхности повторяют форму импульса, а температура остального металла имеет нелинейную тенденцию к повышению с выходом на асимптоту.

Установлено, что процесс взрывного распыления металла требует прогрева объема материала выше температуры плавления при толщине 300–350 мкм и энергии воздействия 7–8 Дж. Снижение уровня энергетического воздействия до 5–6 Дж и увеличение толщины заготовки более 500 мкм не обеспечивают требуемого для реализации процесса распыления распределения температурных полей.

.


Об авторах

Ю. Д. Черниченко
Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого
Беларусь
г. Гомель, пр. Октября, 48.


М. Н. Верещагин
Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого
Беларусь
г. Гомель, пр. Октября, 48.


С. Н. Целуева
Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого
Беларусь
г. Гомель, пр. Октября, 48.


М. Ю. Целуев
Институт механики металлополимерных систем имени В. А. Белого НАН Беларуси
Беларусь
г. Гомель, ул.Кирова, 32а


Список литературы

1. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: справ. / Н. Н. Рыкалкин [и др.]. М.: Машиностроение, 1985. 496 с.

2. Леонтьев, П. А. Лазерная поверхностная обработка металлов и сплавов / П. А. Леонтьев, Н. Г. Чеканова, М. Г. Хан. М.: Металлургия, 1986. 142 с.

3. Коваленко, В. С. Обработка материалов импульсным излучением лазеров / В. С. Коваленко. Киев: Выща шк., 1977. 144 с.

4. Соколов, А. В. Оптические свойства металлов / А. В. Соколов. М.: Физмашгиз, 1961. 464 с.

5. Бреховских, В. Ф. Определение вида пространственного распределения мощности теплового источника при действии луча лазера на сталь / В. Ф. Бреховских, А. Н. Кокора, А. А. Углов // Физика и химия обработки материалов. 1967. № 6. С. 3–9.

6. Рубинштейн, Л. И. Проблема Стефана / Л. И. Рубинштейн. Рига: Звайгзне, 1967. 457 с.

7. Гольдфарб, Э. М. Теплотехника металлургических процессов / Э. М. Гольдфарб. М.: Металлургия, 1967. 439 с.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Черниченко Ю.Д., Верещагин М.Н., Целуева С.Н., Целуев М.Ю. Взаимодействие лазерного излучения с материалом при получении порошков и волокон. Литье и металлургия. 2021;(1):114-123. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2021-1-114-123

For citation: Chernichenko Y.D., Vereschagin M.N., Tselueva S.N., Tseluev M.Y. Interaction of laser radiation with the material during production powders and fibers. Litiyo i Metallurgiya (FOUNDRY PRODUCTION AND METALLURGY). 2021;(1):114-123. (In Russ.) https://doi.org/10.21122/1683-6065-2021-1-114-123

Просмотров: 88

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1683-6065 (Print)
ISSN 2414-0406 (Online)