Расчет ширины оплавленной полосы на поверхности пластины из титана толщиной 10 мм, после воздействия непрерывного лазерного пучка

Министерство образования и науки Российской Федерации

Новосибирский государственный технический университет

КАФЕДРА ТМС

Расчетно – графическая работа

на тему:

"Основы электрофизических методов"

Факультет: МТ

Группа: ТМ – 12

Студент: Корнюшина Ю.Л.

Проверил: Журавлев А.И.

Новосибирск, 2005

Задание:

Рассчитать ширину оплавленной полосы (расстояние на которое распространилась изотерма равная Т_пл в направлении оси ОY) на поверхности (x=0) пластины из титана толщиной 10 мм. после воздействия непрерывного лазерного пучка, движущегося со скоростью 1 м/мин с Гауссовым распределением интенсивности по сечению пучка и коэффициентом сосредоточенности k=20, в установившемся режиме и, при условии, что температура поверхности не превышает Т_кип. Определить мощность пучка.

Исходные данные:

λ=19,4–коэффициент теплопроводности;

с=25,02–теплоемкость;

ρ=4500–плотность;

М=47,9–молярная масса титана;

Т_кип=3533К–температура кипения титана;

Т_пл=1947К–температура плавления титана.

Решение:

с=0,522, т.к. М=47,9

,

а=0,083,

,

сек,

,

, по этой формуле строим в Mathcad график

Рис.1. График распределения температур на поверхности материала

По графику можем определить расстояние r от центра пятна до точки, в которой Т=Т_пл.

Рис.2. Распределение температур в зоне оплавления

По графику определяем r=0,26, тогда ширина оплавленной полосы будет равна y=2·r=2·0,26=0,52 см.

При уменьшении интенсивности пучка в e раз, температура уменьшится до 717К, тогда находим диаметр пятна–1,22см

Рис.3.Распределение температур по диаметру пятна пучка

Зная диаметр пятна и рассчитав Р₀ по формуле , , можем посчитать мощность пучка:

, Вт.

Исследование зависимости температуры в пограничной точке в подвижной системе координат

Вводим величину l – расстояние от центра источника до исследуемой точки, для исследования в Mathcad принимаем l=0 в рассматриваемой точке.

Рис.4. Изменение температуры в рассматриваемой точке с изменением расстояния от нее до источника

Как видно из графика, температура в этой точке не превышает температуры плавления.