Оценка эффективности работы технологических комплексов резки и сварки

Научная библиотека Комментарии к записи Оценка эффективности работы технологических комплексов резки и сварки отключены

Измаилова Г.М., Дмитриев А.С., Юнусов Ф.С. // Современные проблемы теории машин. 2020. № 9. С. 71-75.

Аннотация. На модельных образцах из оптически прозрачного материала-ситалла исследован механизм проплавления материалов лазерным лучом. Установлено, что площадь стыка, соединяемого в единицу времени, при заданной мощности не зависит от скорости обработки и является показателем эффективности технологического процесса и технологической комплекса в целом. Показатель удельной энергии сварки или резки, равный отношению мощности к площади стыка или реза, рекомендуется нами для оценки эффективности работы технологических комплексов резки и сварки.

Постановка проблемы. Технологический комплекс резки и сварки состоит из большого количества элементов и аппаратуры, характеристики которых влияют на эффективность и качество обработки. Лазерная установка, например, представляет собой черный ящик. На входе ящика электроэнергия, на выходе – лазерное излучение с физическими характеристиками: монохроматичность, когерентность, длина (частота) электромагнитной волны, поляризация, модовый состав, расходимость и выходная мощность излучения.

Характеристики излучения зависят от типа генерирующего вещества, конструкции лазерной установки, степени разрушения генерирующего вещества, характеристики и степени отравления газов (если таковые используются), характеристик оптики и настройки лазерной установки.

Технологические характеристики лазерного излучения – длина волны и плотность мощности зависят от физических характеристик излучения и характеристик элементов оптической системы: материала, фокусного расстояния линзы, юстировки, т.е. настройки оптической системы, старения (прозрачности) оптики, её засаливания в процессе работы и даже внешних помех, например случайных механических вибраций, приводящих к сбою юстировки.

Как видим, эффективность и качество обработки лазерным лучом зависят от большого количества, в том числе случайных, факторов. Зачастую, технологический результат, полученный на одной установке, не всегда удаётся воспроизвести на другой установке такого же типа или с течением времени на той же установке.

Учет этих характеристик и факторов связан со значительными экспериментальными и техническими трудностями, особенно в производственных условиях. Поэтому для оценки эффективности работы технологических комплексов и воспроизведения технологического процесса на установках различного типа необходимо ввести параметр, характеризующий проплавляющую способность, эффективность работы установок.

Анализ литературы

Основная задача любого из сварочных процессов — получение определенной площади качественно соединенных материалов. Поэтому для сравнения различных способов сварки и резки целесообразно применять удельные показатели эффективности, отнесенные к единице площади. Подсчет удельных затрат энергии, труда или средств на единицу площади получаемого соединения дает возможность получить универсальные количественные критерии эффективности любого способа соединения [1].

Для оценки тепловой эффективности процесса или сравнения различных способов сварки теоретические основы сварки рекомендует использовать показатель удельных затрат энергии на единицу площади соединяемой поверхности [2].

Эффективность процессов сварки плавлением оценивают обычно такими показателями, как эффективный и термический КПД, коэффициенты расплавления и наплавки и т.п. Источники сварочного нагрева характеризуют обычно удельным тепловым потоком в пятне нагрева и коэффициентом сосредоточенности. Оценивают также удельные затраты на 1 м длины шва или на 1 кг наплавленного металла [3-5].

Эти показатели обычно используются в лабораторных условиях и не очень удобны для применения на производстве.

На практике для оценки проплавляющей способности лазерных установок используют глубину проплавления при максимальной мощности, что крайне неудобно ввиду зависимости глубины проплавления от большого количества факторов и в том числе скорости сварки.

Цель работы: установить эмпирический показатель проплавляющей способности установок и эффективности работы технологического комплекса в целом.

Изложение основного материала

В данной работе приводятся исследования механизма проплавления материалов лазерным лучом. При проведении экспериментов в качестве источника лазерного излучения использовался быстропроточный газоразрядный СО2-лазер ЛТ1-2. Фокусировка излучения осуществлялась соляной линзой из

КСl. Эксперименты проводились на специальном оптически прозрачном материале разновидности ситалла, на 80% состоящим из кристаллической фазы (Тпл=1600°С; λ=2,09 Вт/(м·°С).

Как показали исследования, плавление, массоперенос и кристаллизация в нем протекают также как в металлах. [6] . Кинетика процессов проплавления фиксировалась скоростной кинокамерой Рentazet-16; разрешающая способность во времени составляла 3,3∙10-4с.

Для обработки видеоматериалов использовалась компьютерная программа Sony Vegas Pro 13.0. Sony Vegas – профессиональная программа для многодорожечной записи, редактирования, монтажа видео и аудио потоков.

Моделированием процесса лазерной обработки на оптическом ситалле был исследован механизм плавления материала. Установлено, что скорость проплавления в зависимости от плотности мощности лазерного излучения, достигает значения в несколько тысяч мм/с и не зависит от скорости сварки. Глубина проплавления определяется продолжительностью воздействия лазерным лучом на материал и, следовательно, обратно пропорциональна скорости сварки.

С точностью достаточной для практического применения произведение глубины проплавления на скорость сварки – H·Vсв остается постоянным в диапазоне скоростей наиболее применяемых при лазерной сварке. Эта величина рекомендуется нами для оперативного определении глубины проплавления при варьировании скоростей сварки.

Вместе с тем произведение H·Vсв соответствует площади стыка соединяемого в единицу времени

Sст = HxVсв , (1)

где Н – глубина проплавления в мм, Vсв – скорость сварки в мм/с.

Следовательно, площадь стыка HхVсв соединяемого в единицу времени при лазерной сварке зависит от плотности мощности излучения на поверхности образца и не зависит от скорости сварки. При изменении скорости сварки значение площади остается неизменным, изменяется форма стыка (рис. 1).

где Рвых – выходная мощность лазерной установки в Вт; Vсв – скорость сварки в мм/с; Н – глубина проплавления в мм [1].

Величина удельных затрат энергии, обратно пропорциональная площади стыка и при неизменной мощности также остается постоянной величиной, что подтверждается нашими экспериментами. Величина εсв характеризует проплавляющую способность лазерной установки с присущими ей характеристиками излучения (длиной волны, модовым составом, поляризацией и т.д.), оптического тракта и фокусирующей оптики. Следовательно показатель удельных затрат энергии на единицу соединяемой площади целесообразно использовать для оценки и сравнения проплавляющей способности лазерных установок.

Полное содержание статьи: http://srcms.ru/sptm/09/09-15.html

Рекомендуем для Вас


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

Back to Top