Исследование процесса лазерного параллельного термораскалывания с помощью двух или нескольких пучков лазерного излучения, страница 2

Рисунок 3.5.8 – Профиль параллельной трещины, рез в несколько проходов.

Теперь рассмотрим, что получается при изменении расстояния между проходами. При расстоянии между резами порядка двух ширин реза разнотолщинность составляет 70 мкм. Ситуацию иллюстрирует рисунок 3.5.9.

Рисунок 3.5.9 – Глубина параллельной трещины при расстоянии между резами 5 – 5,5 мм.

Результаты подбора расстояния приведены в таблице 3.5.1.

Таблица 3.5.1

Влияние расстояния между резами на разнотолщинность

Примечание: при расстоянии, превышающем 6 мм, края параллельной трещины второго реза не смыкаются с первым. Ширина использована по уровню 0,5.

Наилучшие результаты получены при расстоянии между резами, равными 90% ширины пучка.

Рисунок 3.5.10 - влияние расстояния между резами на разнотолщинность.

Были также проведены эксперименты по одновременной резке двумя пучками лазерного излучения, расположенными в ряд. Эксперименты показали, что профиль параллельной трещины в этом случае получается аналогичным профилю параллельной трещины, образовавшейся в результате действия одного пучка излучения лазера с таким же распределением мощности. Рассмотрим профили, получаемые в этом случае.

Для работы по совмещению пучков излучения было выбрано распределение, аналогичное ТЕМ00+ТЕМ01. Большинство работ проводилось на установке с двумя лазерами EFR-100, не имеющих регулировки резонатора и жестко настроенные на ТЕМ00+ТЕМ01. Имитация кольцевого распределения и одномодового распределения выполнялась экранировкой пучка: в первом случае – в пучок вводилась отражающая полоска металла, во втором случае – переферийная часть отсекалась диафрагмой.

Рисунок 3.5.11 – Распределение мощности в экранированном пучке.

Распределение мощности снималось, так же, как и в предыдущем случае, с помощью органического стекла. Затем отпечатки обмерялись и использовались для построения графика. На рисунке 3.5.12 показана глубина параллельной трещины при резке двумя пучками с гауссовым распределением, расположенных на расстоянии 5 мм один от другого.

Рисунок 3.5.12 – Глубина параллельной трещины при резке двумя пучками на расстоянии 5 мм с гауссовым распределением.

1, 2 – расположение линий реза лазеров.

Мощность обеих лазеров 42 Вт. Скорость резки 32 мм/с.

Видно, что профиль аналогичен профилю поверхности, получаемым при резке пучком с кольцевым распределением. Наблюдается характерный «провал» между резами. При использовании пучков с распределением ТЕМ00+ТЕМ01 ситуация значительно улучшается.

Рисунок 3.5.12 – Глубина параллельной трещины при резке двумя пучками на расстоянии 5 мм с распределением «точка с кольцом».

1, 2 – расположение линий реза лазеров.

Мощность лазеров 55 Вт, скорость резки 32 мм/с. Неплоскостность поверхности существенно меньше, и составляет около 120 мкм против 310 мкм в предыдущем случае. Теперь изменяем расстояние между пучками.

Таблица 3.5.2

Влияние расстояния между резами на параметры поверхности

№ п/п	Расстояние между резами, мм	Размер пучка, мм	Отношение	Неплоскостность, мкм
1	5	5.5	91%	120
2	4	5.5	73%	80
3	3	5.5	55%	85
4	2	5.5	36%	60
5	1	5.5	18%	45
6	0	5.5	0%	43
7	-1	5.5	-18%	27
8	-2	5.5	-36%	15
9	-2.5	5.5	-45%	5
10	-3	5.5	-55%	32
11	-4	5.5	-73%	38

Найдено условие получения минимальной разности глубины параллельной трещины при условии использования многомодовых лазеров с распределением мощности по модам ТЕМ₀₁ – 80-85% и ТЕМ₀₀ 15-20%. В этом случае необходимо использовать перекрытие пучков излучения лазеров по уровню 45-55%. Используя данное распределение мощности лазерного излучения, экспериментально получены образцы параллельных трещин с разностью глубины по профилю не более 0,05 мм (Рис. 3.5.11).

Рисунок 3.5.11 – Профиль поверхности, получаемый при параллельном термораскалывании двумя перекрывающимися пучками лазерного излучения.

1,2 – пучки лазерного излучения.

Таким образом, чтобы получить в материале параллельную трещину с минимальным разбросом по глубине, необходимо:

1)  использовать пучок лазерного излучения с многомодовым распределением, с соотношением мощности в «кольце»/«точке» (80-85 %)/(15-20%);

2)  использовать два или более движущихся параллельно пучка излучения лазера с перекрытием 45-55%.