WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

САНКТПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

ИНЖЕНЕРНОЭКОНОМИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра современного естествознания

и экологии

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине “Концепции современного естествознания

(теоретические основы прогрессивных технологий)”

Тема: “Лазерная и электроннолучевая обработка материалов”

Руководитель: доцент Т.А. Шапошникова

СанктПетербург

1999

Аннотация

В данной работе рассмотрены широкие возможности, открывающиеся перед

производством, в результате использования принципиально новых технологий

лазерной обработки.

В работе обобщены современные представления о лазерной сварке металлов и сплавов на основе сопоставления с традиционными способами сварки, что позволяет установить области эффективного использования лазерного излучения при изготовлении сварных соединений и конструкций.

Выделены некоторые особенности процесса лазерной сварки. Например то, что с помощью зеркальных оптических систем лазерный луч можно направлять в труднодоступные места, подавать на значительные расстояния без потерь энергии, одновременно или последовательно использовать на нескольких рабочих участках.

Это создает возможность легкого и оперативного управления процессом лазерной сварки.

В работе также рассмотрены теплофизические показатели лазерной сварки, с учетом специфических особенностей взаимодействия лазерного излучения с металлами при сварке.

Анализируются методы лазерной сварки по трем группам признаков: энергетическим, технологическим и экономическим. По совокупности рассмотренных признаков лазерная сварка делится на:

непрерывную с глубоким проплавлением;

импульснопериодическую с глубоким проплавлением;

непрерывную лазерную сварку малых толщин;

импульсную лазерную сварку малых толщин.

Рассмотрение технологии лазерной сварки в рамках такой классификации дает возможность детализировать каждый метод, раскрыть его особенности, достоинства и недостатки, а также показать наиболее эффективные области применения.

В работе обобщаются преимущества лазерной сварки перед другими методами,из всего многообразия которых наиболее целесообразно лазерную сварку сравнивать со следующими: дуговой неплавящимся электродом, плазменной, электроннолучевой и контактной, а также пайкой. Эти методы в наибольшей степени могут быть заменены лазерной сваркой без принципиального изменения конструкции детали.

Делается вывод о том, что лазерная сварка обеспечивает существенное увеличение производительности, хотя широкое применение лазерной сварки в ряде случаев сдерживается соображениями экономического характера. Стоимость лазеров пока еще достаточно высока, что требует тщательного выбора области их применения.

Задание Лазерная сварка внахлест двух полос из вольфрама толщиной по 0.5 мм на длину 500 мм.

Оглавление Аннотация Задание Оглавление 1. ВВЕДЕНИЕ 2. Основы технологии лазерной сварки 2.1. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ 2.2. ФОКУСИРУЮЩИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ 3. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ 3.1. ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 3.2. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ 3.3. ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ 4. Методы лазерной сварки и их физические особенности 4.1. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ 4.2. ПРЕИМУЩЕСТВА И ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ 5. Расчетная часть 1. Расчет плотности теплового потока внутри материала 2. Расчет мощности теплового потока внутри материала 3. Мощность излучения, падающего на поверхность детали 4. Максимальная энергия излучения 5. Расчет теоретической производительности 6. Расчет длительности технологического процесса 7. Расчет теоретической энергоемкости 6.ЗАКЛЮЧЕНИЕ Список литературы 1. ВВЕДЕНИЕ Лазер открывает возможность развития технологических процессов обработки материалов в ряде областей машино и приборостроения.

Высокие плотности мощности лазерного излучения, существенно превосходящие другие источники энергии, позволяют не только значительно увеличить производительность обработки, но и получить качественно новые результаты, недоступные традиционным методам обработки.

Одним из применений лазера в машиностроении является соединение элементов сваркой.

Самое широкое применение в промышленности находит электродуговая сварка, выполняемая различными автоматами и вручную. Для защиты расплавленного металла от воздействия газов (кислорода, водорода, азота и др.), оказывающих вредное влияние на механические свойства сварных соединений, используется сварка под флюсом, в среде защитных газов (аргона, гелия, углекислого газа и др.).

Распространена также контактная сварка, осуществляемая с использованием джоулевой теплоты. Находят применение диффузионная сварка и сварка трением, выполняемые пластическим деформированием ювенильных поверхностей, а также ультразвуковая сварка, сварка взрывом и др. Большую перспективу обеспечивает развитие электроннолучевой сварки, выполняемой в вакуумных камерах.

Фундаментальные исследования процесса лазерной сварки металлов, выполненные в ИЭС им. Е. О. Патона, МВТУ им. Н. Э. Баумана и в других организациях, позволили установить характерные особенности процесса, обеспечивающие сочетание высокой производительности и повышенного качества сварных соединений.

В данной работе обобщены современные представления о лазерной сварке металлов и сплавов на основе сопоставления с традиционными способами сварки, что позволяет установить области эффективного использования лазерного излучения при изготовлении сварных соединений и конструкций.

2. Основы технологии лазерной сварки 2.1. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ В понятие «технология» входит целый комплекс мероприятий по изменению формы, размеров и свойств материалов, которые в конечном счете приводят к получению изделий с заданными техническими требованиями. При разработке технологического процесса решаются как чисто технические, так и организационноэкономические задачи.

Наиболее важными вопросами при разработке технологии являются: выбор соответствующего оборудования; оптимизация параметров сварки; выбор номенклатуры изделия; конструирование оптимального типа соединения; отработка технологических приемов сварки различных типов соединений.

Одним из основных этапов проектирования любого технологического процесса является выбор соответствующего оборудования. От правильного выбора оборудования в значительной степени зависит качество получаемого изделия, производительность процесса и экономический эффект применения данного метода.

Оборудование для лазерной обработки вообще и для сварки в частности включает в себя следующие основные элементы:

технологический лазер;

систему отклонения и фокусировки луча;

систему наблюдения;

оснастку для крепления и перемещения детали;

средства контроля за параметрами процесса.

Все эти элементы входят в состав лазерной технологической установки (рис. 2.1).

Рис. 4.1. Структурная схема лазерной технологической установки:

1 — технологический лазер; 2 — лазерное излучение; 3 — оптическая система; 4 — обрабатываемая деталь; 5 — устройство для закрепления и перемещения детали; 6 — датчики параметров технологического процесса; 7 — программное устройство; 8 — датчики параметров излучения.

Основным элементом оборудования является технологический лазер, отличающийся надежностью и простотой эксплуатации в жестких условиях производства, а также имеющий высокий ресурс работы и воспроизводимость параметров излучения.

Выбор типа лазера для осуществления той или иной сварочной операции должен осуществляться с учетом следующих положений и рекомендаций:

на основании чертежа детали и технического задания на ее изготовление определить технологические операции, при выполнении которых потребуется лазер;

установить требуемую глубину проплавления и ширину шва; учесть при этом состав свариваемого материала;

оценить масштабы производства, его тип и требуемую производительность;

определить возможности предприятия по затратам на приобретение и эксплуатацию того или иного типа лазера;

рассчитать экономическую эффективность от применения лазерной сварки;

оценить возможности предприятия по площадям, культуре производства и подготовленности кадров.

Отклоняющие системы служат для изменения направления луча от источника до детали. При проектировании или выборе этих систем необходимо учитывать следующие положения и требования.

1. Взаимное расположение детали и источника излучения необходимо проектировать с таким расчетом, что бы расстояние между ними было минимально возможным. Также необходимо сводить к минимуму количество отклоняющих элементов. При соблюдении этого условия достигается снижение потерь излучения на отражение и рассеивание.

2. Для изменения направления излучения с длиной волны, лежащей в видимой или ближней инфракрасной части спектра, используют призмы полного внутреннего отражения и интерференционные зеркала с многослойными диэлектрическими покрытиями. Такие системы применимы в основном для твердотельных технологических лазеров с длиной волны 1,06 мкм и невысокой мощностью излучения.

3. В системах с мощными газовыми лазерами с длиной волны излучения 10,6 мкм применяют металлические, преимущественно медные зеркала. При использовании С02лазеров мощностью до 200 Вт возможно применение стеклянных зеркал с покрытиями из золота или алюминия.

4. При выборе или конструировании отклоняющих систем необходимо учитывать возможность их нагрева вследствие поглощения излучения. При относительно небольших мощностях излучения, особенно в непрерывном режиме работы лазера, это может привести к термическим деформациям оптических деталей, к изменению их оптической силы и, следовательно, к изменению параметров сфокусированного пучка, а также к увеличению аберраций.

Фокусирующая система служит для создания необходимой плотности мощности на поверхности детали.

Система наблюдения служит для наблюдения, контроля и наведения излучения на обрабатываемую точку.

Существуют две основные схемы систем наблюдения:

1. Система наблюдения соосна с фокусирующей системой.

2. Система наблюдения расположена под углом к фокусирующей системе.

Соосная система выполняется путем соответствующей установки отклоняющих зеркал и призм, полупрозрачных зеркал или зеркал с отверстиями. Такая схема применена в системе наблюдения СОК2, которой оснащены установки серий КВАНТ. Для точного наведения луча на место сварки в оптических системах с совмещенными фокусирующими объективами и микроскопом применяется сетка с перекрестием, обеспечивающим максимальную точность наведения. Соосные системы наблюдения применяются преимущественно для лазеров с длиной волны излучения в ближней инфракрасной области.

Помимо рассмотренных функций оптическая система может обеспечивать перемещение;

расщепление; сканирование и модуляцию луча.

В большинстве случаев относительное перемещение детали и источника нагрева осуществляется за счет движения детали. Однако в случае высоких скоростей сварки и увеличенных габаритов деталей удобнее использовать систему перемещения луча. Это позволяет уменьшить массу подвижных узлов, что облегчает управление их перемещением, способствует повышению точности обработки.

Перемещение луча достигается следующими методами (рис. 2.2, а, б, б).

Рис. 2.2. Схема перемещения луча при неподвижной детали:

а — перемещение отклоняющего зеркала вдоль детали; б — колебания отклоняющего зеркала; в — круговое вращение системы зеркал 1. Использование системы подвижных зеркал, перемещаемых по соответствующим координатам.

2. При небольших перемещениях используют изменение угла наклона зеркала по отношению к оптической оси.

3. Для обеспечения кругового перемещения применяют систему вращения зеркала вместе с объективом. Если радиус окружности не превышает радиуса поля зрения объектива, то круговую траекторию движения фокального пятна можно получить путем смещения объектива и его вращения относительно оси луча.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.