Лазерный мир

В статье отмечено, что на основе использования методов исследования тепловых процессов при сварке был выполнен анализ зоны лазерного воздействия, образующейся во время лазерной резки быстрорежущей стали. Показано, что на размер закаленного слоя большое влияние оказывает скорость лазерной резки. Напротив, изменение мощности лазерного излучения не приводит к существенному изменению размера зоны лазерного воздействия. Результаты выполненной работы могут быть полезны при разработке новых способов изготовления и упрочнения инструмента из быстрорежущей стали.

Технология лазерной резки получила широкое распространение во всем мире благодаря своим преимуществам. В первую очередь это высокая производительность, точность и качество реза. Технология применяется в различных отраслях промышленности, включая автомобильную, аэрокосмическую, медицинскую [1–6].

При лазерной резке происходит кратковременный локальный нагрев разделяемого материала до температур, превышающих температуру плавления. Расплавленный металл и образующаяся плазма выдуваются вспомогательным газом. При тепловом воздействии лазерного излучения в зоне реза могут проходить структурные превращения, приводящие к изменению механических свойств материала [1–3]. В связи с тем, что разные слои металла нагреваются до различных температур, зона лазерного воздействия (ЗЛВ) имеет слоистое строение (рис. 1). Выделяют три принципиально различных по природе фазовых превращений слоя: слой оплавленного металла (зону закалки из жидкой фазы); слой металла, претерпевшего структурные и фазовые изменения (зону закалки из твердой фазы); переходный слой к основе, остающейся без изменений (зону отпуска) [1].

Размеры отдельных участков и в целом зоны лазерного воздействия, а также степень упрочнения/разупрочнения материала в поверхностных слоях лазерного реза зависят от многих факторов: теплофизических свойств материала, параметров газовой струи, скорости резки, параметров лазерного излучения, толщины разделяемого материала и некоторых других. После лазерного раскроя поверхности реза заготовки, как правило, подвергают слесарной обработке по удалению металла с измененной структурой и свойствами. Важной задачей является оценка целесообразности и масштабов проведения слесарных операций. Цель настоящей работы ‒ провести анализ влияния технологических параметров лазерной резки на протяженность зоны лазерного воздействия.

Технология лазерной резки углеродистых, низколегированных сталей и некоторых сплавов цветных металлов наиболее изучена. Накоплен значительный опыт, разработаны технологические рекомендации, позволяющие с высокой производительностью и качеством выполнять раскрой. Для высоколегированных сталей и композиций на их основе вопросы о технологическом качестве процесса лазерной резки и о месте этой технологии в изготовлении изделий рассмотрены недостаточно полно [7–12]. С учетом факторов высокой стоимости и трудной обрабатываемости при изготовлении инструмента в качестве исследуемого материала в данной работе была выбрана быстрорежущая сталь марки Р6М5 ГОСТ 19265-73 (М2 по американскому марочнику). Она является ведущей сталью на рынке производства инструментов как в нашей стране, так и за рубежом, относится к вольфрамомолибденовым сталям оптимального состава.

Для расчетов температурных полей при лазерной резке быстрорежущей стали использовали методы исследования тепловых процессов при сварке, разработанные Н.Н. Рыкалиным в XX веке [13] и подтвержденные многолетним опытом сварочного производства при нагреве металла дугой и газовым пламенем. Необходимость распространения данных методов на исследование тепловых процессов при лазерной резке доказана в работах [14–16].

Полное содержание на https://www.elibrary.ru/contents.asp?id=75175531