Московский государственный технический университет
имени Н. Э. Баумана
А. В. Богданов, А. И. Мисюров, Н. А. Смирнова
Теоретические основы лазерной
обработки
Под редакцией А. Г. Григорьянца
Методические указания к лабораторным работам
Москва
Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана
2006
УДК 621. 375. 826
ББК 34. 58
Б72
Рецензент В. П. Морозов
Богданов А. В. , Мисюров А. И. , Смирнова Н. А. Б72 Теоретические основы лазерной обработки: Методические ука-
зания к лабораторным работам / Под ред. А. Г. Григорьянца. – М. :
Изд-во МГТУ им. Н. Э.
Баумана, 2006. – 23 с. : ил. ISBN 5-7038-2844-9
В методических указаниях содержатся описания четырех лаборатор-
ных работ, посвященных выбору и созданию моделей тепловых процессов
лазерной обработки с применением аналитических методов расчета, уста-
новлению показателя технологической прочности сплавов при фазовых и
структурных превращениях. Для студентов старших курсов специальности «Машины и технология
высокоэффективных процессов обработки материалов», изучающих дисци-
плину «Теоретические основы лазерной обработки». Табл. 1. Библиогр. 4 назв. УДК 621. 375. 826
ББК 34. 58
ISBN 5-7038-2844-9 © МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006
Работа № 1. СРАВНЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ ТЕПЛОВОЙ
МОЩНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ УСТАНОВОК С ПОМОЩЬЮ
КАЛОРИМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА
Цель работы – определение эффективного КПД процесса ла-
зерной сварки; исследование зависимости эффективного КПД
процесса сварки от его параметров; сравнение эффективностей
использования энергии лазерного луча с длинами волн 1,06 и
10,6 мкм с помощью калориметрического метода. Теоретическая часть
Эффективность процесса сварки (в том числе и лазерной) ха-
рактеризуют тремя энергетическими КПД [1]:
эффективный КПД сварки – отношение энергии, вложенной в
материал, ко всей подведенной к нему энергии;
термический КПД показывает, какая часть поступившей в ме-
талл теплоты идет на плавление металла;
полный тепловой КПД процесса сварки равен произведению
эффективного и термического КПД. Необходимость определения КПД процесса сварки связана в
первую очередь с наиболее рациональным использованием энер-
гии лазерного луча [2]. Для нахождения эффективного КПД про-
цесса используют калориметрический метод [3]. Эффективной тепловой мощностью называют количество те-
плоты, вводимое источником нагрева в единицу времени в обраба-
тываемый материал. Эффективную тепловую мощность опреде-
ляют калориметрическим методом с помощью уравнения
теплового баланса
Q=Q к +Q s +Q п +Q а ,
где Q – теплота, поглощенная образцом; Q к – теплота, поглощен-
ная калориметром; Q s – теплота, определяющая полный запас теп-
ловой энергии внутреннего состояния образца до и после опыта;
Q п – теплота, расходуемая на парообразование; Q а – тепловые по-
тери вследствие теплообмена образца с окружающей средой во
время нагрева и переноса образца в калориметре. (Все величины,
входящие в уравнение, измеряются в джоулях [4]. )
3
Теплота, поглощенная калориметром,
Q к =(М в С в +М к. с С к. с )(Т m –Т o ),
где М в , М к . с – масса воды в калориметре и калориметрического
сосуда соответственно, кг; С в, С к . с – их удельные массовые тепло-
емкости, Дж/(кг·ºС): С к . с =600 Дж/(кг·ºС); Тm – температура воды
после опыта, ºС; То – температура воды до опыта, ºС.