Лазерный мир

А. В. Дубров, Ю. Н. Завалов, В. Д. Дубров // ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2016, том 80, № 4, с. 439–444, УДК 532.573.8(051)>034.14

АННОТАЦИЯ:
Представлены результаты экспериментальных исследований процессов, происходящих на фронте воздействия лазерного излучения при газолазерной резке низкоуглеродистой стали толщиной 6 мм. Показано, что при неизменных параметрах резки скорость расплава существенно меняется во времени. Обнаружены поверхностные волны с длиной волны 2.5–4 мм.

Описание на английском языке: Optical correlation method for assessing the parameters of melt flow in the laser technology of metal cutting, Dubrov A.V., Zavalov Y.N., Dubrov V.D., Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2016. Т. 80. № 4. С. 397-401.

ВВЕДЕНИЕ
Важным направлением дальнейшего развития лазерных термических технологий следует считать разработку приборов и средств оперативного контроля [1–3]. Использование таких приборов и систем позволяет повысить качество и надежность выполнения технологических операций, что важно при автоматизации производств, включая использование робототехнических лазерных комплексов. Для разработки способов оперативного контроля качества необходимо установить связь между данными, используемыми для контроля, и происходящими при воздействии лазерного излучения процессами. В данной работе приведены результаты экспериментальных исследований процессов, происходящих на фронте воздействия лазерного излучения в технологии газолазерной резки образцов стали, выполненных с использованием многоканального пирометра.

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА
Схема экспериментальной установки приведена на рис. 1. Использовалась установка Trumatic L2530 (Trumpf Gmbx) (СО2!лазер, λ = 10.6 мкм, выходная мощность 1500 Вт). В экспериментах проводилась газолазерная резка (ГЛР) листов толщиной Δ = 6 мм (материал – сталь Ст.3). Давление P вспомогательного газа (кислорода) на входе в сопло поддерживалось постоянным, и в отдельных экспериментах использовались четыре варианта давления: 0.1; 0.2; 0.45; 0.6 МПа. Диапазон скоростей резки, при которых проводились
измерения, Vcut= (20…40) мм · c–1. Фокусное расстояние режущей линзы составляло 127 мм, диаметр отверстия выбранного газового сопла было 0.8 мм.
При этом минимум шероховатости наблюдался при значении скорости Vcut = 33 мм · c–1 и давлении кислорода P = 0.45 МПа. Описание многоканального пирометра, используемого в эксперименте, приведено в [4, 5]. Пирометрическая линза установлена так, что в плоскости изображения излучающей тепло поверхности расплава тепловое свечение фокусируется на торцах четырех оптоволокон и освещает в каждом оптическом канале два диода сенсора K1713!05 (Hamamatsu Photonics): Si и InGaAs!фотодиоды. Это позволило измерять четырехканальным пирометром локальные пульсации яркостной температуры T *расплава в областях фронта реза, отстоящих друг от друга через δ ≈ 0.6 мм. Пространственное разрешение при измерении T * по оценкам около 0.1 мм в диаметре. Для оцифровки сигналов использовалась система сбора данных на базе АЦП LCard 1450, при частоте дискретизации fΔ = 40 кГц на канал. Абсолютная погрешность измерения положения областей наблюдения составляла около +/–0.5 мм.

…
ВЫВОДЫ
Модифицирован метод определения скорости перемещения неоднородностей при движении расплава путем определения взаимной корреляции пульсаций яркостной температуры в соседних областях фронта реза. Показана необходимость предварительной частотной фильтрации данных измерения пульсаций теплового излучения. Были получены устойчивые значения скорости выноса расплава металла из зоны воздействия лазерного излучения в зависимости от скорости резки. Показано, что по поверхности расплава распространяются гидродинамические волны с длиной волны миллиметрового диапазона. Необходимость предварительной частотной фильтрации исходных данных связана с необходимостью определения скорости выноса расплава на фоне распространения гидродинамических волн по поверхности расплава металла под воздействием струи газа. Полученные результаты могут быть использованы для оперативного контроля процессов на фронте реза в технологии лазерной резки металла.

Полное содержание статьи: https://www.researchgate.net/profile/Yury_Zavalov/publication/301900404_Ocenka_parametrov_tecenia_rasplava_v_tehnologii_lazernoj_rezki_metallov_opticeskim_korrelacionnym_metodom/links/57646e2408ae1658e2ee3687.pdf?origin=publication_detail