Теплофизический анализ модифицирования поверхности заготовки лазерным излучением

Abstract

В работе представлен теплофизический анализ модифицирования поверхности заготовки лазерным излучением за счет оплавления предварительно нанесенного на поверхность основного металла слоя легирующего вещества. Рассмотрен процесс нагрева двухслойной металлической системы импульсом лазерного излучения с нормальным распределением плотности мощности по сечению пучка. При действии теплового источника постоянной мощности, перемещающегося прямолинейно с постоянной скоростью, процесс распространения теплоты стремится к предельному квазистационарному состоянию, когда температурное поле не изменяется во времени и перемещается вместе с источником. Полученные зависимости позволяют оценивать влияние режима лазерной обработки на распределение температурных полей, установить закономерности распространения тепла и связать их с фазовыми превращениями в металле. Установлено, что технологические режимы воздействия лазерного излучения ограничены значением энергии в импульсе от 4 до 12 Дж. Выбор технологических режимов воздействия определяется сочетанием скорости сканирования лазерного луча и мощности излучения.

The paper presents a thermophysical analysis of modifying the surface of a workpiece by laser radiation due to the melting of a layer of a doping substance previously deposited on the surface of the base metal. The process of heating a two-layer metallic system with a laser pulse with a normal distribution of power density over the beam section is considered. Under the action of a heat source of constant power, moving in a straight line at a constant speed, the process of heat propagation tends to the limiting quasistationary state, when the temperature field does not change with time and moves along with the source. The dependences obtained allow us to estimate the effect of the laser treatment mode on the distribution of temperature fields, establish the patterns of heat propagation and relate them to phase transformations in the metal. It has been established that the technological modes of exposure to laser radiation are limited by the value of the energy per pulse from 4 to 12 J. The choice of technological modes of exposure is determined by the combination of the scanning speed of the laser beam and the radiation power.