Лазерный мир

В.Ю.Милосердин, А.Ю.Мищенко, В.Т.Самосадный // Физика и xимия обработки материалов, 2006, №6, с.12-16, УДК 621.9.048:621.373.826.038.825

Исследовано влияние лазерного скрайбирования поверхности анизотропных электротехнических сталей на их доменную структуру и магнитные характеристики. Показано, что в зависимости от поглощаемой поверхностью образца энергии, определяемой режимом лазерного облучения, возможно протекание процессов дробления доменной структуры, образования расплава и испарения металла. Определен режим высокопроизводительной лазерной обработки, приводящий к улучшению всех эксплуатационных магнитных характеристик сталей.

Описание на английском:

Effects of laser scribing on the domain structure and magnetic properties of anisotropic transformer steels have been investigated. Depending on the absorbed energy of laser radiation determined by the irradiation regime, processes of the reduction of domain structure, melt formation, and metal evaporation are possible. High efficient regime of laser treatment has been established which leads to the improving of the all exploitation magnet properties of transformer steels.

Метод скрайбирования с помощью электрической дуги также подробно рассмотрен в работе [2]. Недостатком данного метода является чрезвычайно низкая производительность и заметный дрейф параметров в ходе проведения технологического процесса, а улучшение эксплуатационных характеристик оказалось крайне незначительным (3-5% от исходной величины).
От подобных недостатков свободен метод лазерного скрайбирования электротехнических сталей, заключающийся в нанесении на поверхность материала системы кратеров (дорожек несквозных отверстий). Впервые исследование влияния лазерного скрайбирования на эксплуатационные характеристики электротехнических сталей анизотропного класса было проведено в работе [3]. Образцы электротехнической стали состава, содержащие 3% кремния, облучались двумя типами лазеров, и было показано, что максимальное снижение потерь на перемагничивание достигалось при величине параметра W/DI=0,25 Дж/см2, где W — энергия падающего излучения, D — расстояние между соседними кратерами по направлению, перпендикулярному оси прокатки образца, I — расстояние между соседними дорожками кратеров. Величина относительного снижения потерь при использовании оптимального режима облучения достигала 15±1%.
В работе [4] была изучена связь между снижением потерь на перемагничивание и скоростью сканирования непрерывного лазера. Там же было показано, что при низких скоростях скрайбирования при использовании CO2-лазера наблюдается некоторое снижение потерь на перемагничивание. Однако такой режим облучения не является единственно возможным, так как он недостаточно технологичен и не позволяет достичь значительного выигрыша в изменении эксплуатационных характеристик Целью данной работы является подбор оптимальных режимов лазерного облучения анизотропных сталей, приводящего к максимальному снижению потерь на перемагничивание без ухудшения индукционных характеристик B100 и B2500, и анализ протекающих при этом процессов.

Методика эксперимента
Экспериментальные исследования проводились на нескольких сериях образцов. Первая серия экспериментов проводилась с использованием лазера, работающего в режиме свободной генерации на длине волныλ=1,06 мкм при длительности импульса 3,7·10–3 с, частоте следования импульсов ~3 Гц и мощности одного импульса 20 Вт. Образцы представляли собой полосы Эпштейна (270×30×0,3 мм), пучок излучения фокусировался в пятно размером 3·10–2 см. Воздействием импульсами лазерного излучения на образец наносилась система кратеров диаметром 3·10–3-10–2 см и глубиной не более 0,04 мм, причем в одну и ту же точку подавались по 2 импульса. Расстояниемежду соседними дорожками кратеров составляло 3-6 мм. После нанесения дорожек образцы подвергались термическому отжигу при T=850°C в течение ~1 ч в вакууме.
Во второй серии экспериментов использовался лазер, работающий в режиме модулированной добротности. Длительность импульса составляла от 10–3 до 10–4 с, частота следования импульсов 15 Гц, мощность в импульсе — ~10 кВт. Облучение проводилось по той же схеме, что и в первой серии.
В третьей серии экспериментов применялся наносекундный импульсный лазерЛТИ-502, работающий в режиме с длительностью импульса 20±5 нс, частотой следования импульсов 3,7 кГц при токе — 34 А. Облучение образцов электротехнических сталей производилось по той же методике, как и в первых двух сериях, однако из-за отсутствия области плавления отжиг облученных образцов не проводился.
Магнитные измерения проводились в три этапа. Сначала измерялись стандартные характеристики исходных образцов, затем проводились измерения характеристик образцов, прошедших лазерную обработку, а на третьем этапе — характеристики образцов, прошедших лазерную обработку с последующим отжигом (кроме образцов, облученных лазером ЛТИ-502). Следует отметить, что для исследований полос Эпштейна, облученных лазерами в режимах модулированной добротности и свободной генерации, отбирались образцы электротехнических сталей анизотропного класса марки 3407, изготовленные по так называемой “медной” технологии. Для точной систематизации полученных данных отобранные образцы имели близкие по значению потери на перемагничивание, составляющие P1,7/50=1,15±0,03 Вт/кг, и величины магнитной индукции B100=1,658±0,07 Tл. Образцы для третьей серии экспериментов (облучение лазером ЛТИ-502) изготавливались помедной технологии (№11-14) и по сульфонитридной (№15-18).

Полное содержание статьи: http://facts-plus.com/forum_files/Tech/MAG/2006.Vliyaniye.Lazernogo.Oblucheniya.na.Ekspluatatsionnyye.Kharakteristiki.Elektrotekhnicheskikh.Staley.Anizotropnogo.Klassa.pdf