Исследование прецизионной резки щелевых отверстий большого калибра…
11
Путем последовательного срезания слоев металла параллельно по-
верхности реза и измерения твердости поверхности шлифов по трем
трассам установлено, что на глубине 1 мм твердость стабилизируется на
уровне (152
14) кГ/мм
2
(линия
4
на рис. 5), а фазовая структура близка
к структуре стали на поверхности листа (см. рис. 6,
а
). Это состояние
металла, согласующееся по твердости и структуре с металлом на глу-
бине 1 мм, следует принять за невозмущенное ядро, твердость которого
в 1,25 раза меньше, чем на поверхности листа.
Следовательно, резка ВЛ, характеризуемая числом Пекле
Pe =
v
p
b
/<
с
> ~ 0,01 (где <
с
> — средняя температуропроводность
стали), приводит к тепловому воздействию на глубину ≈1 мм, кото-
рая согласуется с оценкой длины распространения тепловой волны
с p
4 /
1
b v
мм при экспериментальных значениях скорости резки
v
р
1 мм/с и ширины щели
b
100 мкм, а также к небольшому по-
вышению твердости (закалке) поверхности реза в 1,2 раза относи-
тельно поверхности листа и в 1,5 раза относительно твердости стали
в ядре. Это обусловлено тем, что в «волноводном» режиме транспор-
тировки излучения поверхность реза по всей глубине щели находится
под импульсно-периодическим воздействием лазерного излучения в
течение длительного времени (из-за малой скорости резки).
За время
р
=
x
/
v
р
200 мс, затрачиваемое на прорезку металла
на всю его толщину
h
и определяемого из эксперимента по скорости
резки
v
р
,
тепловая волна распространится вглубь металла на харак-
терное расстояние
2,5 мм, которое приблизительно в 6 раз больше,
чем при высокоскоростной резке стали излучением СО
2
-лазера. В ре-
зультате нагрев и охлаждение поверхностных слоев стали происхо-
дят относительно медленно, что приводит к малой степени их упроч-
нения (закалки).
Безразмерная мощность
1
л
c c
Be
/(
)
P h T
и число Пекле
Pe =
v
p
b
/<
с
> имеют значения
0,5 и
0,01 соответственно, что намно-
го меньше получаемых при резке СО
2
-лазерами (1,6 и 0,6) [5, 6].
Аналогичное исследование образца размером 20
8
10 мм, по-
лученного при резке с помощью СО
2
-лазера (см. рис. 4), показало,
что твердость поверхности реза сильно увеличивается по направле-
нию распространения излучения (сверху вниз) — от среднего значе-
ния 170 кГ/мм
2
для верхней трассы 1 (1 мм от поверхности листа) до
379 кГ/мм
2
(линия
5
на рис. 5) для нижней трассы 3 (1 мм от нижней
поверхности листа). При этом структура стали преобразуется из изо-
тропной мелкозернистой «феррит (50 %) — перлитной» (рис. 6,
а
) в
«перлит (90 %) — ферритную» (рис. 6,
в
).
Измерение твердости поверхности шлифов, полученных путем
последовательного удаления слоев металла, показало, что уже на рас-
