Расчет мощности лазера, необходимой для получения на чугуне С4 24-44 закалённой дорожки шириной 0,45 см

Пример решения

Найти мощность лазера , необходимую для получения на чугуне С4 24-44 закалённую дорожку шириной , если эффективная плотность мощности . Коэффициент поглощения используемого покрытия . Температура плавления чугуна , а температура закалки . Теплопроводность , температурноупорность , скорость перемещения пучка до детали , -поправочный коэффициент.

Решение:

1. Определим глубину закалённой дорожки:

;

2. Найдем время действия теплового источника:

;

3. Определение радиуса лазерного пучка:

;

4. Мощность лазера:

.

Ответ: мощность лазера Р₀ = 1,08 кВт.

Задачи для решения

1. На электронном уровне с энергией Е₁, в теле вещества лазера, определить количество электронов N₁, если известно количество электронов на уровне 2, равное 1,99, энергия уровня Е₂ = 100 эВ, температура 300 К, интегральная излучающая способность абсолютно черного тела ε_т = 9545, энергетическая светимость тела Ет = 1050.

2. Определить плотности мощностей лазерного излучения для титана, необходимые для начала его плавления и начала его кипения и глубину проникновения тепла. Теплопроводность титана х = 0,23 Вт/(см∙град), р = 4,5 г/см³, с = 0,52 Дж/(г∙град), Т_пл = 1668⁰С, Т_кип = 3330⁰С, τ = 5 сек.

3. Определить число продольных мод излучения гелия – неонового лазера. Лазер генерирует излучение мощностью 2 мВт на длине волны  0,63 мкм. Его резонатор имеет длину 30 см. Температура рабочей  смеси в разрядной трубке лазера 400 К.

4.Во время электролизной обработки источник питания выдает количество импульсов в секунду f_н = 20 с^-1, амплитудные значения напряжение    U_m = 380 В,             тока I_m = 10 А. Промежуток времени в течении которого расходуется мощность источника питания τ_и = 10^-7 сек. Определить мощность источника импульсного генератора Р.

5.Определить длину волны излучения λ, если известно, что источник света мощностью Р = 100 Вт,испускает N = 5×10²⁰ фотонов за t = 1c.

6.Определить плотности мощностей для начала его плавления и начала его кипения лазерного излучения для титана. Теплопроводность титана  =0,23Вт/(см ^. град), , с=0,52Дж/(г ^. град), , температура Т_пл=1700⁰ С, Т_кип=3300⁰ С.

7.Определить угол между направлениями распространения соседних типов колебаний Ө и скорость их распространения ∆V, если известно, что целое число колебаний g = 5, постоянная Планка h = 6,6∙10^-34 Дж∙с, скорость света с = 3∙10⁸ м∙с^-1, энергия фотона Е = 0,81 эВ, показатель преломления среды n = 1,4.

8.Определить амплитудное значение тока источника питания  во время электролизной обработки, если известна мощность импульсного генератора  Вт, его амплитудное значение напряжения  В. Промежуток времени в течении которого расходуется мощность источника питания  сек, количество импульсов выдаваемых источником в секунду  с^-1.

9.Определите глубину резания лучом лазера h, если энергия излучения в импульсе Е = 4000 Дж, теплота испарения вещества L_в = 5437⁰ К, половинный угол раствора светового конуса γ = 30⁰, шаг обработки s = 0,004 м, радиус r_э = 0,01 м.

10.Найти разрядный ток i^* с емкостного источника питания лазера через индуктивность на лампу, если известно, что величина мощности накопителя с=5 мкФ, время длительности импульса t_и=4 мс, время разряда в о.е. t^*=2, длина лампы l=10 см, а диаметр газоразрядного промежутка d=5 мм, напряжение на конденсаторе U=100 В.

11. Определите максимально возможную скорость резания лучом лазера v_max, если энергия излучения в импульсе Е = 4000 Дж, теплота испарения вещества L_в = 5437⁰ К, половинный угол раствора светового конуса γ = 30⁰, шаг обработки s = 0,004 м, радиус r_э = 0,01 м, f_И = 1 Гц.

12. Определить отношение количества атомов по энергетическим уровням N₂/N₁, частоту излучения электромагнитных волн v, импульс фотона р, если известно: Т = 300⁰ К – температура реакции, k = 1,38∙10^-23 Дж/К – постоянная Больцмана, Е₁ = 5∙10⁶ Дж, Е₂ = 4∙10⁶ Дж, Е₃ = 3∙10⁶ Дж – энергия атомов на уровнях 1, 2 и 3, постоянная Планка h = 6,62∙10^-34 Дж∙с, длина волны λ = 15∙10^{-8 м. А также определить наименьший теоретический диаметр площадки} D, на который можно сфокусировать монохроматическое излучение равное длине его волны, зная фокусное расстояние между линзой и центром площадки F = 0,5 м.

13. Найдите теоретическое значение шероховатости поверхности реза Rz, при шаге обработки s = 0,004 м, радиусах r_Э = 0,001 м, n_И  = 5.