ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2012
85
УДК 67.02
Б.М. Ф е д о р о в , М.В. Т а к с а н ц
ИНЖЕНЕРНЫЙ ПОДХОД
К ОЦЕНКЕ ГЛУБИНЫ ПРОПЛАВЛЕНИЯ
МАТЕРИАЛА ЛАЗЕРНЫМ ЛУЧОМ
ПРИ СВАРКЕ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ
Приведена математическая модель оценки глубины сварного соединения
при сварке с глубоким проплавлением различных материалов лазерным
лучом для практических инженерных расчетов. Глубина проплавления
материала определена по усредненному значению скорости испарения,
изменение которой в зависимости от времени аппроксимировалось экс-
понентой. Для проверки адекватности модели проведено сравнение рас-
четных данных с экспериментальными данными, полученными в ходе
проведения лазерной сварки на волоконном лазере ЛС 4-К низкоуглероди-
стой стали Ст3. Доказана их взаимная корреляция.
E-mail:
mt12@bmstu.ru
Ключевые слова
:
лазерное излучение, глубина проплавления, скорость
испарения, парогазовый канал.
В настоящее время наблюдаются две основные тенденции в раз-
витии лазерных технологий:
1.
Применение лазерного излучения маломощных лазеров со спе-
циальными свойствами в нанотехнологии.
2.
Использование мощных технологических лазеров в машино-
строении.
Одна из актуальных задач второй тенденции — вычисление глу-
бины проплавления с достаточной степенью точности. Как правило,
это относится к нахлесточным, замковым и многослойным сварным
соединениям, где глубина проплавления — определяющий фактор
работоспособности соединения.
На первом этапе исследователи исходили из предположения, что
образование канала проплавления при лазерном воздействии должно
сопровождаться интенсивным оплавлением межфазной поверхности.
Поэтому глубина проплавления определялась скоростью волны теп-
лопроводности и находилась в диапазоне значений
...2 ,
a a
τ
τ
(1)
где
τ
—
время воздействия лазерного излучения на материал, с;
а
—
температуропроводность, м
2
/
с.
Модель (1) имела неплохую сходимость с экспериментом, но не
учитывала плотность мощности лазерного излучения на поверхности
материала и обладала узким диапазоном применимости [1].
В дальнейшем была разработана физическая модель глубокого
проплавления при наличии парогазового канала. При реализации