Определение температурных полей и параметров ванны расплава на поверхности титана при непрерывной лазерной обработке

Научная библиотека Комментариев к записи Определение температурных полей и параметров ванны расплава на поверхности титана при непрерывной лазерной обработке нет

Муратов В.С., Морозова Е.А., ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» // Журнал Фундаментальные исследования. – 2015. – № 11 (часть 4) – С. 719-723, УДК УДК 669.15

Аннотация:

На основе решения тепловой задачи, базирующейся на гидродинамическом процессе, при подвижном линейном источнике тепла рассмотрен характер распределения температурных полей в различных состояниях материала (твердом и жидком) при лазерном упрочнении поверхности технически чистого титана, а также изучена кинетика процесса формирования ванны расплава при наличии фазового перехода. Приведены результаты расчета параметров, характеризующих форму ванны расплава технически чистого титана при подвижном лазерном источнике для постоянной плотности мощности лазерного излучения q?=?3,2?108?Вт/м2 и скорости перемещения лазерного источника Vл, изменяющейся в диапазоне (0,00166–0,015)?м/с, а также для Vл?=?0,0083?м/с и изменяющейся в диапазоне (1,68?108–8,1?108)?Вт/м2 плотности мощности лазерного излучения q.

Описание на английском языке:

TEMPERATURE PATTERNS AND MOLTEN POOL PARAMETERS THE TITANIUM SURFACE TEST IN THE CONTINUOUS LASER TREATMENT
Muratov V.S., Morozova E.A. , 1 Samara State Technical University
Abstract:
The article discusses the temperature pattern in the commercially pure titanium surface laser hardening. Here we consider solid and liquid material state. The heat problem solution on the basis hydrodynamics process with move linear heat source is used. Kinetics of molten pool formation with phase transition was studied. Results of molten pool parameters calculation for commercially pure titanium with move heat source, constant laser radiation power density q?=?3,2?108?W/m2 and laser source travel speed VL from 0,00166 to 0,015?m/s are listed. Results of molten pool parameters calculation for commercially pure titanium with constant laser source travel speed VL?=?0,0083 m/s and laser radiation power density q from 1,68?108 to 8,1?108?W/m2 are listed.

Эксплуатационные показатели изделий, обрабатываемых лазерным лучом, во многом зависят от формы расплавленной области тела, называемой ванной расплава [2]. Изменение формы ванны расплава в процессе лазерного воздействия оказывает существенное влияние на окончательные геометрические и физические характеристики обрабатываемой поверхности. Температурные поля важны и при других видах тепловой обработки изделий [1, 3].

За основу при разработке модели взаимодействия лазерного луча и поверхности изделия приняты методические подходы Н.Н. Рыкалина [4] и известное решение квазистационарной задачи, предложенное А.А. Угловым и Д.И. Чередниченко [5], описывающей образование жидкой фазы подвижным линейным источником теплоты в виде полосы, перемещающейся по поверхности полубесконечного тела с постоянной скоростью.

Схема к определению основных параметров ванны расплава в различных сечениях координатных плоскостей при лазерной термической обработке (ЛТО) подвижным тепловым источником приведена на рис. 1.

На приведенной схеме система координат OXYZ жестко связана с движущимся тепловым источником – лазерным лучом. Начало координат (точка 0) этой системы совмещено с передней кромкой источника. Ось ОХ расположена на поверхности тела параллельно вектору скорости движения лазерного луча (Vл) в противоположную сторону. Ось OY расположена на поверхности тела перпендикулярно оси OX, а ось OZ направлена вглубь тела перпендикулярно осям OX и OY.

pic_53_opt

Рис. 1. Схема образования ванны расплава на поверхности образца при воздействии лазерного источника (а) и ее сечение в плоскости Y = 0 (б): лазерный луч (1); изотермическая поверхность Т = Тпл (2); сечение ванны расплава в плоскости Y = 0 (3); сечение закристаллизовавшейся зоны расплава в плоскостях х0у0z0 (4); сечение закристаллизовавшейся зоны расплава в плоскости Y = 0 (5)

Увеличение скорости лазерного источника приводит к уменьшению глубины ванны расплава и длины зоны плавления. На рис. 2 видно, что при увеличении скорости движения лазерного излучения фронт плавления (координаты точек начала плавления (hn)) и кристаллизации (координаты точек кристаллизации (hk)) смещается в противоположную сторону относительно направления движения лазерного луча.

Изменение плотности мощности лазерного луча в процессе исследований осуществлялось путем варьирования диаметра пучка лазера за счет изменения фокусного расстояния при неизменной мощности лазера, которая составляла 160 Вт. Полученные результаты показывают, что увеличение плотности мощности лазерного излучения от q = 1,68?108 до q = 8,1?108 Вт/м2 при постоянной скорости перемещения лазерного источника приводит к росту глубины ванны расплава и соответствующему уменьшению площади зоны плавления.

Экспериментальные исследования выполнены при тех численных значениях режимных параметров, которые были использованы в расчетах по определению характеристик ванн расплава.

Металлографическим путем определялась максимальная глубина ванны расплава, полученная при различных режимных параметрах лазерного излучения.

Полное содержание статьи: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39494

Рекомендуем для Вас

Leave a comment

You must be logged in to post a comment.


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top