Реферат: Лазерная резка : расчет зануления кабельной сети и освещенности сборочного мест блока
Процессы распространения теплоты в зонах прилегающих к источнику, могут быть описаны только с учетом влияния характера распределения плотности мощности в пятне лазерного излучения.
Наиболее эффективными параметрами фокусировки обладает нормальное (Гауссово) распределение плотности мощности Е(r) сфокусированного лазерного излучения, широко распространенного в промышленных технологических лазерах.
Рис.1.6 Нормальное распределение плотности мощности в пятне лазерного излучения.
1 - лазерное излу чение;
2 - обрабатываемая деталь.
??? ???????????? ?????? ????????? ?? ??????????? ?????? ????????? ???????? ???????? ??????? ? ????? ?? ?????????? ?????????????? ????????? ???????? ? ????? ????????? ????????? (???.1.1), q(r) =qm·e k r ; ??? qm =aэф ?m- ???????????? ????????? ? ?????? ????? ??????? ; k -??????????? ?????????????????, ??????????????? ????? ?????? ??????????? ????????????? ; ?m - ???????????? ????????? ???????? ????????? ????????? ?? ???; r - ?????????? ?????????? ?????? ????? ?? ??????.За радиус светового пятна rл обычно принимают радиус пятна нагрева, на котором q = 0,05·qm . Излучение удобно рассматривать в виде потока фотонов. На дне разрезаемого участка вследствии дифракции элементарный луч расплывается на ширину lh/d. Для расчета траектории луча необходимо, чтобы эта ширина, была меньше ширины канала d. Отсюда вытекает условие применимости приближения геометрической оптики: d2 /lh >> 1.
Это неравенство можно переписать , введя понятие коэффициента формы канала h/d: d/l >> h/d. На практике h/d лежит в пределах 5-10, т.е. при l = 10,6 мкм для применимости теории геометрической оптики необходимо, чтобы ширина реза канала реза d > 0,1 мм.
Исходя из приближений геометрической оптики сфокусированное излучение можно представить в виде совокупности N лучей. Каждому лучу на входе в канал соответствовала мощность P/N, где P - мощность лазера. При численных расчетах [4], если мощность луча после очередного отражения была меньше 10-4 начальной, то его исключали.
Рис. 1.7 Зависимость эффективного коэффициента поглощения излу ченияaэф СО 2 - лазера со стальной мишенью от глубины реза a = 0,1. Для случая круговой поляризации.
? ??????? ????? ???????? ???? ?????????? ??????????? ???????????? ?????????? µэф ?? ??????? ???? aэф = ( P- Pотр )/ P ( ???.1.7 ). ?????????? ??????? [4] ??????????? ??? ?????, ??????????? ????????? ??????????? a = 0,1. ??????????, ??? ????? ?????????? ????????? ? ???????? ????????????, ????????????? ?????? ???????? ????????? ???????????? ?????? ????.1.3 Закономерности лазерной резки металлов непрерывным излучением.
Параметры и показатели процесса лазерной резки . Для процесса лазерной резки металлов можно выделить основные факторы, определяющие производительность и качественные показатели процесса. Среди них основными являются : плотность мощности лазерного излучения, скорость резки, давление и состав поддуваемого газа, поглощательная способность поверхности материалов , вид и свойства разрезаемых материалов . Плотность подводимой в зону обработки мощности зависит , в свою очередь , от мощности лазерного излучения , его модового состава , поляризации и условий фокусировки ( фокусного расстояния линз, величины и направления расфокусировки).
В силу ряда причин , области режимов , обеспечивающих высокое качество кромки реза и высокую эффективность процесса , при лазерной резке металлов зачастую не совпадают .
Рис. 1.8 Параметры реза.
????????? ??????????? ???? ??? ???????? ????? ???????? ????? ????? ??????? ????????????? ? ??????? ???????????? ????????? ?????. ?????????????? ??????????? ???? ?????????? ????????? ?????????? (???. 1.8 ): ???????? , ?????????? ???? Rz , ???????????????????? ( ????????????? ) j , ????????????? ???? ???????????? ??????? b зтв, ?????? ???????? ???? bв , ?????? ??????? ???? bн , ?????????? ????? ( ??????? ?? ?????? ?????? ???????????? ????????? ) .При резке металлов непрерывным излучением лазера различают стационарный и нестационарный характер разрушения материала .
Значение скорости разрушения nр зависит от физико-химических свойств металлов. Весь диапазон скоростей лазерной резки металлов непрерывным излучением можно представить в виде : первой области режимов со скоростью n < nр, соответствующий нестационарному механизму разрушения, второй - n > nр, cоответствующей стационарной скорости разрушения и третьей - n < 0,5 м/мин, автогенный режим резки. Для алюминия автогенный режим резки не проявляется ( не воспламеняется ), при плотности излучения до 106 Вт/cм2. Это обусловлено наличием трудно удаляемой , термически прочной пленки AL2О3 в зоне расплава. Каждая из областей характеризуется определенными физическими условиями cуществования и показателями качества реза.
Нестационарный режим устанавливающийся при малых скоростях резки, является нежелательным и при резке его избегают, т. к. на кромке реза наблюдается значительное количество грата , ухудшающее качество обработки.
Рис. 1.9 Стадии разрушения при резке металлов непрерывным излучением на низких скоростях резки ( нестационарный режим ).
??? ?????????????? ????????? ?????????? ????????? ????????????, ?? ???????? ?????? ????????? ( ???.1.9 ). ????? ???????? ????????? ????? ??????? ???????? ?? ?????? ???? ? ?????? ?? ????? ????? ?????????? ???????, ?. ?. ??-?? ?????????? ???????????????? ????????? ????????? ?????? ?? ????? , ?????????????? 2rл-x0 , ????????? ????????? ? ???? ????????? ?????????.На верхней кромке реза образуется расплавленный участок протяженностью xs . Зона этого расплавленного участка распространится на большее расстояние в направлении резки, чем переместится лазерный луч (характерно для малых скоростей резки ), т.е. xs > x0 . Образовавшаяся ванна расплава не удаляется т.к. динамического воздействия потока вспомогательного газа оказывается недостаточно. В следующие моменты времени процесс плавления металла приводит к увеличению объема ванны и при достижении определенных размеров расплав удаляется из зоны обработки. Процессы разрушения материала далее периодически повторяются.
Стационарный механизм разрушения материала устанавливается при высоких скоростях резки , когда xs > x0 . Разрушение материала происходит только в непрерывном режиме , температурное поле вокруг движущегося лазерного источника постоянно.
Диапазон скоростей резки , при которых еще сохраняются борозды на поверхности реза , лежит в пределе nр < 2,5 м/мин для стального листа (нестационарный режим ). При слишком низких скоростях подачи образца nр < 0,5 м/мин, металл у кромок реза нагревается за счет механизма теплопроводности , достаточно , чтобы перейти в режим неуправляемой, автогенной резки, независимо от толщины разрезаемого материала. В этом случае металл горит по всей поверхности контакта с газовой струей , за счет экзотермической реакции окисления. Рез получается с сильно увеличенным по ширине размером , боковые стенки приобретают рваную форму.
Нагрев поверхности обрабатываемого металла. Воздействие лазерного излучения на металлы при резке характеризуются общими положениями, связанные с поглощением и отражением излучения, распространением поглощенной энергии по объему материала, за счет теплопроводности и др., а также специфическими для процесса резки особенностями.
На участке воздействия излучения металл нагревается до первой температуры разрушения - плавления. При дальнейшем поглощении излучения металл расплавляется и от участка воздействия излучения в объем материала начинает перемещаться фазовая граница плавления. Наряду с этим энергетическое воздействие лазерного излучения приводит к последующему повышению температуры образца, достигающей второй температуры - кипения.
Процессы нагревания весьма просты, если не учитывать изменение коэффициента поглощения с температурой. Скорость испарения экспоненциально зависит от температуры и максимального своего значения достигает при стационарной температуре испарения, когда скорости фазовых границ плавления и испарения одинаковы.
В зависимости от плотности мощности лазерного излучения количество расплавленного металла, стационарная температура, скорость плавления и испарения будут различными. Указанные параметры характеризуют процесс разрушения, и, следовательно, изменяя плотность мощности лазерного излучения и время его воздействия на материал, можно управлять этим процессом.
Значительное влияние на интенсивность процесса разрушения также оказывает поглощательная способность металлов, зависящая от температуры поверхности, длинны волны, поляризации и угла падения излучения на обрабатываемую поверхность.