Математический расчет геометрии стыкового соединения

Звуковой информационный сигнал из зоны взаимодействия лазерного луча с металлом при импульсной обработке относится к категории импульсных сигналов, спектр которых определяется с помощью дискретного по времени преобразования Фурье [2, 7]. В проведенном исследовании сигнал снимался с помощью пьезоэлектрического датчика, подключенного к цифровому осциллографу. Так как снятый с датчика сигнал получен путем дискретизации по времени исходного непрерывного по времени сигнала, результаты проведенных экспериментов представлены в виде дискретных равноотстоящих отсчётов исходного аналогового колебания.

Анализ сигналов при различных режимах обработки металла лазерным излучением заключался в определении временных и частотных характеристик этих сигналов. К ним относятся временная функция сигнала, его спектральная плотность и энергетический спектр. По этим характеристикам можно определить следующие параметры сигнала, определяющие показатели качества технологического процесса: длительность; ширина спектра, особые точки функции спектра, значения частот гармонических составляющих; энергия сигнала. При анализе результатов исследований рассматривались амплитудные спектры звуковых сигналов, так как амплитуда, в частности, характеризует плотность энергии импульса лазерного излучения [2, 7] и поэтому представляет наибольший интерес.

На образцы из материала Сталь 45 подавались импульсы лазерного излучения общей длительностью 0.5 мкс. Мощность лазерного излучения в ходе эксперимента менялась от 7.87108 до 1.281010 Вт/см2, диаметр луча — 0.5 и 1 мм. Полученные данные были преобразованы и обработаны на основе дискретного преобразования Фурье [16]. Параметры, полученные после обработки акустических сигналов, приведены в таблице

Диаметризлучения,мм Плотностьмощностиизлучения,Вт/см2 Уровеньфильтрациишума вчастотнойобластисигнала,% Частотасмаксимальнойамплитудой вспектре,Гц Ширин аспектр а, Гц Эффективнаяширинаспектра, Гц Доляэффективнойширинывисходномспектре,% Максимальноезначениеамплитуды послефильтрации, мВ Доляэнергиисигналавэффективнойширинеспектра,% Уровеньфильтрациишума вовременнойобластисигнала,% Длительностьисходногосигнала,мкс Эффек тивная длител ьность сигнал а, мкс Доляэффективнойдлительности висходномсигнале,%

Выполнив регрессионный анализ по данным из таблицы 3, были получены результаты, показанные на рисунках 24 и 25.

Как видно из рисунка 24, изменение плотности мощности излучения практически никак не сказывается на частоте акустических колебаний, ее значение колеблется около положения в 107 Гц.

Из рисунка 25 видно, что амплитуда, в отличие от частоты, напрямую зависит от плотности мощности. Подобные зависимости частоты и амплитуды согласуются с математическими расчетами и численным моделированием [22].

Проведенные эксперименты и анализ полученных данных показали, что изменение плотности мощности лазерного излучения при обработке металлического образца практически никак не сказывается на частоте акустического сигнала из зоны обработки, но напрямую влияет на рост давления акустического сигнала. Выявленные зависимости частоты и амплитуды сигнала от плотности мощности соответствуют теоретическим исследованиям в данном направлении и позволяют в дальнейшем использовать полученные данные для автоматизации управления процессом обработки лазерным излучением, повышения эффективности такой обработки и прогнозирования показателей качества выполняемого технологического процесса.

Металлографические исследования зоны взаимодействия ЛИ с металлами показали, что зона имеет в сечении сегментную форму. В результате экспериментальных исследований влияния ЛИ на фазовые превращения в металлах, выявлено, что форма зоны воздействия ЛИ мощностью 1 кВт при скорости перемещения 1200 мм/мин. в стали У8 и цирконии имеет сегментный характер с центром круга О1 и малую сегментную зону с центром круга О2 (рис. 26). Наличие второй сегментной зоны можно объяснить либо началом возникновения кинжального проплавления в металле, либо возникновением вторичного источника энергии за счет окислительных процессов с выделением теплоты. Характер зон термического воздействия не зависит от энергии ЛИ, а величина второй зоны зависит от физико-химических свойств металлов. Цирконий является химически активным металлом.

Из анализа характера зоны термического воздействия ЛИ следует, что сварка разнородных металлов должна осуществляться подачей энергии на тугоплавкий металл и форма стыковой поверхности должна повторять форму зоны термического влияния. На практике целесообразней стыковую поверхность делать плоской, исходя из экономических соображений. Это связано с различием температур плавления, в частности, температура плавления молибдена равна 2620 градусам Цельсия, а стали – 1510 градусам Цельсия. Поэтому для получения сварного шва необходимо поднять плотность энергии, чтобы расплавить молибден, при этом происходит испарение стали. Для исключения этого эффекта необходимо использовать наклон стыковой плоскости свариваемых деталей. Выполнив плоскость сварного шва наклонной на угол по касательной к сегменту зоны термического воздействия, можно обеспечить расплав тугоплавкого металла, а за счет теплопередачи происходит расплав легкоплавкого металла.

 
Оригинал текста доступен для загрузки на странице содержания
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ