5. Расчетная часть
1. Расчет плотности теплового потока внутри материала
q= Tпл l(p / 4a tu)1/2
Tпл =3653 К
l= 1.69 Вт/см К
a= 0.65 см2/с
Расчет глубины прогретого слоя
zпр=2.36 (аtu)1/2
Где
zпр - cуммарная толщина деталей в месте проварки
В моем случае проваривается полностью только одна деталь, проварка другой осуществляется на 0.4 мм
zпр=0.05+0.04=0.09 см
То есть эффективный радиус облученной зоны (r) будет равен zпр =0.09 см
tu= (0.09/2.36)2 /0.65= 2.23*10-3 с
q= 3653*1.69(p/4*0.65*2.23*10-3)1/2 = 12.9*104 Вт/см2
2. Расчет мощности теплового потока внутри материала
p=qS
S=p r2
Где
r- эффективный радиус облученной
зоны
(рис.
9.1)
2
r
рис. 9.1 Схема эффективного облучения поверхности детали.
S=3.14*0.092=2.5*10-2
p=12.9*104*2.5*10-2= 3.23*103 Вт=3.23 кВт
3. Мощность излучения, падающего на поверхность детали
p0=P/A
Где
А-коэффициент поглощения материала
А=0.32
p0=3.23*103/0.32= 10.09*103
4. Максимальная энергия излучения
w= p0 tu h=Рпол/Рпот*100 %
w=10.09*103*2.23*10-3= 22.5 Дж
Установка для лазерной обработки- Квант 10
h=3.23*103/6*103*100%=54.6%
5. Расчет теоретической производительности
КПЭ
V=L/t=(1-K)*D*f
(рис. 9.2)
Где
v
K=(D-S)/D
- коэффициент перекрытия,
D - диаметр сварной точки,
S
- шаг обработки,
D
f
- частота следования импульсов,
L
- полная длина сварного шва,
t
- время формирования шва.
zпр
К=0.2+0.5
V= (1-0.3)*0.18*1=0.126 см/с z
Рис. 9.2 Схема
образования сварного шва.
6. Расчет длительности технологического процесса
t=L/V
t=50/0.126=3.97*102 с
7. Расчет теоретической энергоемкости
Q=pt
Где
р- полезная мощность
t - длительность технологического процесса
Q=3.23*103*3.97*102= 1.3*106
6.Заключение
Современное состояние проблемы показывает, что в настоящее время отработана технология лазерной сварки металлов малых и средних толщин до 5...10 мм. Однако широкое применение лазерной сварки в ряде случаев сдерживается соображениями экономического характера. Стоимость лазеров пока еще достаточно высока, что требует тщательного выбора области их применения. Экономически эффективное применение лазерного излучения определяется разумным выбором объекта сварки, где использование традиционных методов нецелесообразно.
Лазерную сварку следует рекомендовать к применению, когда ставится задача получения прецизионной конструкции, форма и размеры которой практически не должны изменяться в результате сварки. При этом достигается значительное упрощение технологии изготовления сварных конструкций за счет выполнения лазерной сварки в качестве заключительной операции без последующей правки или механической обработки для достижения требуемой точности.
Лазерная сварка обеспечивает существенное увеличение производительности, так как процесс осуществляется на скоростях 100...200 м/ч и более, что в несколько раз превышает скорости наиболее распространенного традиционного способа дуговой сварки.
Лазерная сварка не требует вакуумных камер в отличие от электронно-лучевой сварки. Это является основанием рекомендовать лазерную сварку для соединения элементов конструкций любых габаритов. Учитывая также, что при лазерной сварке возникают минимальные деформации, — этот процесс можно рекомендовать для сварки крупногабаритных конструкций малой жесткости с труднодоступными швами.
Отличительной особенностью лазерной сварки является возможность соединения трудносвариваемых материалов, в том числе разнородных. Перспективным представляется развитие комбинированных методов сварки, сочетающих энергию лазерного излучения с дугой, с плазмой и другими традиционными источниками энергии.
Тенденция развития лазерной техники и технологии, постоянное их совершенствование приводят к тому, что лазерная сварка становится конкурентноспособной в различных отраслях промышленности.