Теоретические основы гибридной лазерно-дуговой обработки материалов

• Автор: Земляков, Евгений Вячеславович
• Шифр специальности: 05.02.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 217 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Современное состояние исследований в области обработки
материалов с помощью гибридных источников энергии
1.1 Развитие и области применения гибридных лазерно-дуговых
сварочных технологий
1.2 Теоретическое описание гибридных лазерно-дуговых процессов
1.3 Формирование плазменного факела при лазерно-дуговой обработке
1.4 Основы мониторинга лазерных и лазерно-дуговых
технологических процессов
1.5 Постановка цели и задач работы
2 Г азодинамика плазменного факела при гибридной
лазерно-дуговой сварке
2.1 Постановка газодинамической задачи
2.2 Определение кинетических свойств газовой смеси
2.3 Решение задачи о вытекании струи металлического пара
в газовую атмосферу
2.4 Упрощенное решение задачи в переменных Ховарта-Дородницына
2.5 Обратное преобразование Ховарта-Дородницына и переход к цилиндрическим координатам
2.6 Выводы
3 Объемное тепловыделение в плазменном факеле
при гибридной лазерно-дуговой сварке
3.1 Кинетика гибридного разряда в плазменном факеле

3.2 Энергетический спектр электронов в металлическом паре
при гибридном лазерно-дуговом воздействии
3.3 Баланс электронов. Определение коэффициента поглощения и электропроводности плазмы
3.4 Кинетика плазмы лазерно-дугового разряда в парогазовой смеси
3.5 Плотность источников тепла в плазменном факеле
3.6 Влияние объемного тепловыделения на динамику плазменного факела
3.7 Выводы
4 Конденсация в плазменном факеле при гибридном лазерно-дуговом воздействии на металлические материалы
4.1 Кинетика конденсации в плазменном факеле
4.2 Диффузия атомов к поверхности кластера
4.3 Выводы
5 Экспериментальная проверка и практическое использование результатов теоретических исследований
5.1 Спектроскопия плазменного факела
5.2 Высокоскоростная съемка плазменного факела
при лазерном воздействии на металлическую мишень
5.3 Интерферометрия плазменного факела
5.4 Экспериментальная установка для лазерно-микроплазменной сварки металлов малых толщин
5.5 Лазерно-дуговой технологический комплекс для сварки металлов больших толщин
5.6 Система мультисенсорного мониторинга лазерных
и лазерно-дуговых технологических процессов
5.7 Выводы
Заключение
Список использованных источников
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Акт о внедрении результатов диссертационной работы

1.3 Формирование плазменного факела при лазерно-дуговой обработке
При лазерно-дуговой сварке плазма гибридного разряда, формирующая плазменный факел, оказывает значительное влияние на ход сварочного процесса. В формировании плазменного факела можно выделить несколько взаимосвязанных процессов:
- смешение металлических паров с окружающим (защитным) газом;
- объемная конденсация металлических паров;
- развитие гибридного разряда.
Эти процессы определяют структуру и свойства плазменного факела, а также параметры теплового источника, формирующегося на поверхности обрабатываемого изделия при лазерно-дуговой обработке.
Математическое описание процессов формирования плазменного факела, как правило, строится на основе уравнений Новье-Стокса (уравнения движения и уравнения неразрывности), а также системы электромагнитных уравнений Максвелла [52, 53]. Каждому уравнению соответствует свой набор граничных условий, необходимых для получения однозначного решения. Как правило, при решении подобных задач используются граничные условия двух типов:
первого рода - это условие Дирихле, при котором на границе задаются сами значения искомой величины;
второго рода — это условия Неймана, при котором задается производная от искомой величины по нормали к границе.
Для упрощения численного решения этих уравнений широко применяется методика задания границ расчетной области. Для корректного описания плазменного факела расчетная область делится на участки [53, 54, 55, 56, 57], свойства плазмы на которых отличаются за счет особенностей протекания тех или иных физических процессов (см. рисунок 1.14) или определяются конструкцией источника плазмы (см. рисунок 1.15).