КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ И ТЕРМИЧЕСКОГО ЦИКЛА ПРИ ИМПУЛЬСНОЙ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Аннотация

В настоящее время определение и прогнозирование изменения температуры в зоне теплового воздействия при лазерной обработке металлов и сплавов в режиме реального времени является трудно достижимой задачей. В статье представлена двумерная компьютерная модель тепловых полей и термического цикла при лазерном нагреве поверхности металлов и сплавов в программной среде COMSOL Multiphysics®. Моделирование проводилось методом конечных элементов. В качестве виртуального образца принималась пластина 4×4×1,5 мм, а материалом являлась сталь. Для более точного прогнозирования температурного поля и термического цикла расчетной модели использовались различные граничные условия и теплофизические свойства материала (плотность, коэффициент теплопроводности и теплоемкости, зависящие от температуры в диапазоне 20–1500 ℃ (до температуры плавления стали). Данные условия имитируют лазерное азотирование в среде азота атмосферного давления. В результате разработана компьютерная модель, позволяющая получать и анализировать термические циклы и тепловые поля при нагреве поверхности импульсным лазерным лучом. Данная модель позволяет определять оптимальные параметры обработки (мощность импульса, частота следования импульса и т.д.) с точки зрения теплового воздействия.