Исследование процесса лазерной очистки низкоуглеродистой стали от продуктов коррозии

Abstract

В последние годы возросла потребность в автоматизации технологий, в частности, лазерных, для очистки металлоизделий от слоев окалины и ржавчины с целью улучшения энергоэффективности обработки. Для выполнения этого целесообразно проводить как расчеты интенсивности нагрева слоев, так и экспериментальную оптимизацию режимов лазерной очистки (ЛО). В данном исследовании проведено комбинированное определение параметров энергоэффективности ЛО от поверхностной окалины для широко используемого объекта – углеродистых сталей. Было установлено, что в диапазоне скоростей сканирования лазерного луча V от 0,4 до 2,0 м/c прак- тически отсутствует влияние такого входного параметра, как частота импульсов лазерного излучения (ЛИ) f, на измеряемую производительность очистки. Как перспективные для дальнейшего использования изучены режимы ЛО при параметрах: V = 2,0 м/c, диаметр пучка ЛИ на поверхности dLI = 50 мкм и частота f = 37 кГц (что задает коэффициент скважности ЛИ S ≈ 200). При этом достигается высокая производительность очистки, при которой за один проход толщина удаляемого слоя близка к 6,5 мкм при средней длительности нагрева каждого участка слоя окалины t ≈ 0,025 мс. Сделанная кинетическая оценка скорости нагрева слоев окалины в воздушной среде в режиме проплавления окалины под пятном ЛИ (с допущением ее состава как Fe3O4) позволила провести анализ эмпирических параметров очистки и он выявил, что энергозатраты для оптимального экспериментального режима и одного из расчетных режимов (отличающегося тем, что рассмотрен стационарный лазер CW-типа) несколько различаются и равны 4,0 и 2,7 кВтч/(кг окалины), соответственно.