Первый раздел книги посвящен расширенному рассмотрению определяющих результатов процесса лазерного резания физических закономерностей. К таковым относятся: зависимость коэффициента отражения металлов от температуры их нагрева; прохождение ассистирующего газа по фронту реза и его влияние на удаление образующейся на поверхности фронта жидкой фазы; необходимость ограничения максимально возможной величины скорости резания; оптимизация ширины реза на его входе; более эффективный способ локализации излучения; согласование фокусных расстояний фокусирующего объектива и коллиматора лазера; влияние на показатели резания тепловых деформаций.В двух других разделах книги приводятся установленные анализом результатов проведенных в НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ» в период 2005-2014 гг. экспериментальных исследований закономерности лазерного резания металлов, наиболее часто используемых отечественной промышленностью. Таковыми являются конструкционная сталь, резание которой проводится в зависимости от ее толщины в среде сжатого воздуха или кислорода, нержавеющие стали и сплавы алюминия различных марок, резание которых необходимо проводить в среде нейтральных газов, а также ряд других металлов, необходимых для изготовления изделий различного назначения.На основании вышеотмеченного и анализа опубликованных данных двух ведущих зарубежных фирм, успешно работающих в области лазерного резания, стало возможно сформулировать условия его проведения, позволяющие реализовать как повышенные качественные результаты данного процесса, так и его производительность и экспериментально подтвердить их.

Вступление......7Раздел 1. Базовые аспекты лазерного резания металлов......9Аннотация к разделу......9Введение......101.1. Базовые факторы процесса лазерного резания металлов......11Поглощение лазерного излучения металлами......12Влияние гауссового распределения интенсивности излучения по dl на процесс резания......14Усредненная величина плотности мощности на dl — показатель того
как развивается процесс резания......161.2. Модель лазерного резания......17Формирование поверхности фронта реза......17Математическая модель лазерного резания......221.3. Возможности удаления жидкой фазы потоком ассистирующего газа......25Потери давления ассистирующего газа в зазоре между соплом и поверхностью металла......26Зависимость массы прошедшего через рез потока ассистирующего газа от структуры ударной волны......30Математическое моделирование профиля статического давления в зазоре между соплом и поверхностью обрабатываемой детали
а также в зоне обработки......35Экспериментальное моделирование сверхзвукой струи на фронте реза......461.4. Базовые закономерности процесса лазерного резания металлов......54Какой должна быть скорость резания......54Как образуются ребра на боковой поверхности реза......61Оптимизация ширины реза и способа локализации излучения......70Какой должна быть оптимальная ширина фронта реза......72Оптимизация способа локализации излучения......73В каком месте каустики надо устанавливать поверхность детали......75Улучшение оптимизации условий резания подбором сочетания фокусных расстояний коллиматорной линзы лазера и фокусирующего объектива......79Приближение локализации излучения к оптимальному уровню......831.5. Влияние термодеформаций на процесс резания металлов......91Механизмы образования термодеформаций......92Экспериментальные данные о возникающих при резании пластичных деформациях
анализ условий их образования......101Выводы......1061.6. Скоростное резание металлов толщиной 0
1–0
5 мм......107Расчет скорости резания......107Резание нержавеющий стали толщиной 0
5 мм и ковара толщиной 0
14 мм......109Литература......112Раздел 2. Резание металлов в среде воздуха или нейтральных газов волоконным лазером мощностью 1–2 кВт......113Аннотация к разделу......1132.1. Вводная часть......115Негативное влияние присадок в металлах......115Влияние состояния поверхности......117Влияние конструкции и расположения сопла над поверхностью металла......118Фокусирующий объектив и локализация излучения на поверхность металла......1202.2. Технология врезания
проведение начала и окончания резания......123Врезание......123Алгоритм резания участков разгона
торможения и углов контура реза......128Расчет параметров излучения для резания участков разгона и торможения......131Расчет параметров излучения по первому варианту......131Режимы резания по второму варианту......134Режимы резания углов......1362.3. Режимы резания конструкционной стали в среде сжатого воздуха непрерывным излучением волоконных лазеров......138Условия проведения и результаты резания
проводимого лазерами различной мощности......138Возможности уменьшения высоты грата при резании конструкционной стали толщиной 1–3 мм......147Резание конструкционной стали толщиной 2 мм......151Условия уменьшения высоты грата при резании конструкционной стали толщиной 2 мм......151Условия уменьшения высоты грата при резании конструкционной стали толщиной 3 мм......1552.4. Условия и результаты резания нержавеющих сталей......156Особенности резания нержавеющих сталей......157Зависимость скорости резания и чистоты боковой поверхности реза от содержания присадок (железо
хром
углерод
марганец
кремний и никель)......158Исследование возможностей минимизации высоты грата при резании нержавеющей стали толщиной 1–5 мм......165Иные условия минимизации высоты грата при резании в среде сжатого воздуха нержавеющей стали с содержанием хрома 12 % толщиной от 1 мм и более......177Иные условия минимизации высоты грата при резании нержавеющей стали с содержанием хрома 18 % толщиной до 5 мм......179Резание нержавеющей стали толщиной до 10 мм излучением лазера мощностью 2 кВт......1812.5. Условия и результаты резания сплавов алюминия......186Особенности резания сплавов алюминия......186Влияние ассистирующего газа......189Влияние конструкции и проходного диаметра сопла......194Экспериментальное подтверждение преимуществ установки поверхности обрабатываемого металла ниже перетяжки каустики......198Сравнение результатов резания сплавов алюминия толщиной до 5 мм
полученных использованием волоконных лазеров мощностью 1 кВт и 2 кВт......202Резание алюминиевых сплавов излучением мощностью 2 кВт при постановке поверхности металла в плоскость каустики
расположенную выше ее перетяжки на расстоянии 1 мм......208Резание алюминиевых сплавов толщиной до 10 мм излучением мощностью 2 кВт......209Условия резания сплава алюминия AlMg3 толщиной от 5 мм и до 10 мм с минимизированной высотой грата......2132.6. Условия и результаты резания меди и латуни......217Особенности резания меди......217Резание латуни лазером мощностью 1 кВт......219Условия резания латуни лазера мощностью 2 кВт и его результаты......2212.7. Особенности резания специальной стали и константана лазером мощностью 2 кВт......227Резание специальной стали......227Резание константана......2292.8. Резание в режиме in fl y — метод повышения скорости этого процесса......232Резание трансформаторной стали толщиной 0
15 мм......232Предельная глубина резания в режиме in fl y и особенность его проведения......2372.9. Резание металлов импульсным излучением волоконного лазера......243Резание деталей из трансформаторной стали толщиной 0
28 мм......243Резание деталей из латуни толщиной 0
5–2 мм......248Выбор длительности и частоты импульсов......250Расчет перекрытия соседних световых пятен......251Литература......253Раздел 3. Лазерное резание конструкционной стали в среде кислорода......254Аннотация к разделу......254Введение......2553.1. Преимущества
базовые понятия резания в среде кислорода и его основная проблема......2563.2. Возможно ли лазерно-кислородное резание без образования ребер на боковой поверхности реза......268Эксперименты и их результаты......268Аналитическая часть......2713.3. Резание конструкционной стали в среде кислорода излучением волоконного лазера мощностью 1 кВт......277Образование поперечной формы фронта реза......278Образование ребер на боковой поверхности реза......282Результаты резания с повышением расхода кислорода......285Условия проведения резания улучшенного качества......2953.4. Резание конструкционной стали в среде кислорода излучением волоконного лазера мощностью 1
5 кВт......3003.5. Резание конструкционной стали в среде кислорода излучением волоконного лазера мощностью 2 кВт......3083.6. Повышение скорости и улучшение качества резания конструкционной стали
проводимого излучением волоконного лазера мощностью 1 кВт в среде кислорода с чистотой 99
97 %......3123.7. Влияние термодеформаций на результаты кислородно-лазерного резания......3203.8. Влияние аккумуляции тепла на контуре реза на качество его боковой поверхности......3273.9. Понижение аккумуляции тепла на контуре резания......3323.10. Исследование возможности резания конструкционной стали толщиной до 16 мм......337Увеличение глубины качественного резания до 16 мм......3403.11. Влияние остаточных напряжений в конструкционной стали на процесс резания......3443.12. Влияние колебаний фокусирующего объектива вдоль направления резания на его результаты......347Литература......351