В.П. Панченко, А.М. Сорока, А.А. Витшас, А.Г. Зеленцов, В.П. Менахин, А.В. Яксон
12
стоянии 0,5 мм от поверхности реза твердость приближается к своему
значению 140 кГ/мм
2
в ядре образца, которое меньше на 30 % твердо-
сти на поверхности листа. При этом структура стали в ядре является
изотропной мелкозернистой «феррит (50 %) — перлитной». Следова-
тельно, при резке СО
2
-лазером глубина теплового воздействия состав-
ляет
0,5 мм, что согласуется с длиной распространения тепловой
волны
с
p
4 /
0, 4
b v
мм (
v
р
50 мм/с,
b
300 мкм, Pe
1,5).
Для дальнейших оценок примем экспериментальные значения
для частоты следования импульсов
и
120 Гц, для скважности
3 и
скорости резки
v
р
0,9 мм/с. Размер (шаг) «ступеньки»
x
в направ-
лении реза (по оси
x
) близок к масштабу неоднородности профиля
(волнистости) шероховатости и, по экспериментальным данным,
x
~
b
. Тогда количество циклов для прорезания металла на толщину
h
2
=
h
–
h
1
составит
N
ц
=
x
и
/
v
р
30, а длительность одного цикла
1
1/
и
8,3 мс, время импульса излучения в одном цикле
и
2,8 мс,
время между импульсами (пауза) 5,5 мс. Толщина вырезаемого (удаля-
емого) со «ступеньки» металла за один цикл
z
1
h
2
/
N
ц
200 мкм.
Полезная удельная мощность входного лазерного излучения, т. е.
мощность, отнесенная к объемному расходу удаленного (вырезанно-
го) металла,
w
л
= <
P
л
>/(
hbv
р
)
7
10
11
Дж/м
3
и оказывается с точно-
стью до 20 % близкой к постоянному значению для всех исследован-
ных толщин листовых образцов низкоуглеродистой стали. Это поз-
воляет применять полученное соотношение для оценки оптимальных
скоростей резки листов низкоуглеродистых сталей при использова-
нии одномодовых ВЛ повышенных мощностей.
Анализ результатов экспериментального исследования и мо-
дель прецизионной резки.
При изучении поверхностей реза уста-
новлено, что существуют не только характерные области по глубине
щели, но и характерные масштабы шероховатости и среднего шага
неровности профиля (волнистости) поверхности реза в направлении
вектора скорости резки (по оси
x
), который имеет порядок ширины
реза:
x
b
. Это позволяет предположить, что расплавление слоя ме-
талла и его удаление происходят с образованием «ступеньки» (усту-
па, или полки), движущейся в направлении луча по оси
z
сверху вниз
последовательными циклами, или этапами. До глубины
2
1
ф
/
h d
1
мм (
ф
d
— диаметр фокусного пятна) излучение распространяет-
ся в щели по закону геометрической оптики, а ниже — в «волновод-
ном» режиме с многократными отражениями от трех стенок [1–3].
Предполагая, что перед удалением пленки жидкого металла его
средняя температура <
T
f
> достигает значения <
T
f
> =
c
c
(
) / 2
T T
=
= 2 450 К (где
c
T
= 1 850 К,
c
T
= 3 100 К — температура плавления и
