В.П. Панченко, А.М. Сорока, А.А. Витшас, А.Г. Зеленцов, В.П. Менахин, А.В. Яксон
14
Экспериментальный факт отсутствия прецизионной резки при
использовании маломодового излучения ВЛ обусловлен, по-
видимому, значительно меньшей эффективностью транспортировки
такого излучения к зоне реза.
Полученные результаты позволили разработать модель лазерно-
газовой прецизионной резки при глубоком (
K
30) каналировании.
Основные положения этой модели заключаются в следующем.
В верхней по лучу поверхности реза толщиной
h
1
, протяженность
которой составляет ~20 калибров щели, резка происходит стандарт-
ным образом, т. е. под влиянием в основном лазерного излучения
большой плотности (до
10
6
МВт/м
2
), распространяющегося по зако-
нам геометрической оптики. При этом динамического напора и избы-
точного статического давления технологического газа достаточно для
сдува образовавшегося расплава металла на наклонном фронте резки
[1, 2].
В основной части щели статическое давление в затопленной при-
стенной струе близко к атмосферному (изобарическая струя) уже при
K
30. Большие гидравлические потери напора, пропорциональные
h
/
b
, и расширение струи по закону, близкому к 1/
z
, приводят с учетом
нагрева газа к сильному (в 4-5 раз) уменьшению входной дозвуковой
скорости газа (не более 50 м/с). Следовательно, динамического дав-
ления потока (не более 10
3
Па) недостаточно для сдува образовавше-
гося расплава металла с поверхности «ступеньки» [14, 15].
Таким образом, при глубоком каналировании резка реализуется
только при импульсно-периодическом режиме излучения, а образо-
вание пленки жидкого металла толщиной
z
1
на поверхности «сту-
пеньки» размером
xb
и ее удаление (сдув) происходят последова-
тельно и прерывисто с определенной задержкой.
В «волноводной» зоне плотность излучения, поглощаемая верхним
слоем металла «ступеньки»,
I
w
=
P
л
д
η
п
(1 –
)/(
xb
)
1,2
10
3
МВт/м
2
.
Такой плотности лазерного излучения недостаточно для возникновения
развитого (взрывного) испарения металла, но достаточно для его интен-
сивного нагрева [1, 16].
Оценка плотности теплового потока в стенку, обусловленного ге-
терогенными экзотермическими реакциями окисления железа (тепло-
вой эффект реакции
2
1 Fe O FeO
2
составляет 4,8 МДж/кг) и при-
месей, даже при полном использовании потока кислорода в щели со-
ставляет ~10
2
МВт/м
2
, что более чем на порядок меньше плотности
поглощаемого лазерного излучения (3
10
3
МВт/м
2
) [13].
Характерное время нагрева и плавления стали
н
= 4<
>(
S
м
/
I
w
)
2
(где <
> = 0,65
10
–5
м
2
/с) на «ступеньке» толщиной
z
1
от темпера-
туры
T
0
до температуры ее поверхности
Т
*
, близкой к температуре
