Лазерное термораскалывание

Григорьянц А. Г Моделирование процесса лазерного термораскалывания трубчатых стеклоизделий // Вестн. МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 1999. № 2. С. 28-35. [c.302]

Необходимым условием появления трещин в материале является нагрев до телшера-туры, превышающей предел термостойкости, но не доходящей до значений температуры стеклования Т . В случае лазерного термораскалывания предел термостойкости оценивается выражением [c.308]

При локальном температурном воздействии на стекло его термостойкость при охлаждении увеличивается в 1,5 раза по сравнению со значением, определяемым по приведенной формуле, а при локальном нагреве, что имеет место при лазерном термораскалывании, в 3 раза. Поэтому для получения истинного значения предела термостойкости для стекла необходимо правую часть приведенной формулы умножить на 3. [c.308]

Особенно трудно зарождается термотрещина на кромке стекла, полученной в результате лазерного термораскалывания. Высокое качество кромки стекла, обеспечиваемое в результате его разделения рассматриваемым методом, в данном случае затрудняет раскрой стекла во взаимно пересекающихся направле- [c.312]

Лазерное термораскалывание стеклянных труб имеет много общего с управляемым термораскалыванием листового стекла. Одна- [c.312]

Стеклянная труба имеет замкнутый периметр. Она также имеет достаточно большое количество дефектов, способных дать начало трещине. Однако эти дефекты в большинстве случаев не выражены явно и не могут иметь свободы для образования локального зазора. Поэтому при лазерном термораскалывании стеклянных труб место начала трещины не определено. [c.312]

Некоторые экспериментальные результаты по лазерному термораскалыванию стеклянных цилиндрических оболочек представлены в табл. 2.6.4. [c.314]

Лазерные способы разделения материалов можно разделить на три группы резку, термораскалывание и скрайбирова-ние. Процессы частичного удаления материалов, например, прошивка отверстий, являются частными случаями резки. [c.252]

Для повышения эффективности процесса термораскалывания часто применяют дополнительную асимметричную механическую нафузку на обрабатываемый образец, способствующую его дальнейшему расколу, а также воздействуют на разделяемую поверхность двумя лазерными пучками с противоположных сторон (сверху и снизу). [c.254]

Требование обеспечить максимальный градиент температур в стекле накладывает определенные ограничения на перечисленные факторы область нагрева материала должна бьггь минимальной, следовательно, нагрев должен осуществляться достаточно быстро, а максимальная температура нагрева стекла не должна превыщать температуру стеклования, при которой напряжения в стекле резко снижаются. Поэтому наиболее легко термораскалывание осуществляется в стеклах с максимальным отнощением температуры стеклования к пределу термостойкости. Для определения температуры, до которой нагревается поверхность материала под воздействием лазерного излучения, можно воспользоваться выражением для неподвижного кругового гауссова источника. При условии, что процесс происходит достаточно быстро, температура нагрева в центре пятна будет определять градиент, приводящий к термораскалыванию (если он превыщает предел термостойкости материала). В этом случае, когда г = О и г = О, [c.308]

Благодаря локальности воздействия лазерного луча в момент разделения материала почти все напряжения в нем снимаются. Поэтому можно предположить, что для качественного термораскалывания достаточно, чтобы поперечная составляющая напряжений в материале превышала продольную составляющую, т. е. [c.309]

Полученное неравенство означает, что для качественного термораскалывания материала под действием лазерного излучения производная температуры по радиусу должна быть положительной. Такое условие может быть обеспечено в том случае, если сечение лазерного луча имеет вид кольца (луч трубчатой формы). Тогда на оси лазерного луча, где его интенсивность равна нулю, температура будет меньшей, чем при удалении от оси по радиусу. В конфигурации термонапряжений, создаваемых излучением в материале, должна преобладать по интенсивности составляющая, перпендикулярная направлению разделения. Данное условие обеспечивается при эллипсоподобной форме сечения лазерного луча, которая является оптимальной в этом случае по отнощению к лучу, обладающему круговой симметрией. Длинная ось эллипса должна располагаться вдоль направления разделения, а плотность мощности лазерного излучения должна изменяться вдоль этой оси, достигая максимума посредине и снижаясь по краям. [c.309]

Кроме листовых материалов, методом управляемого термораскалывания могут разделяться хрупкие материалы, изготовленные в виде труб. В общем виде термораскалывание хрупких материалов трубчатой формы выглядит следующим образом. При вращении трубы относительно неподвижного лазерного луча каждая точка поверхности трубы вдоль линии обработки нагревается до температуры Т. Вследствие относительно низкой теплопроводности хрупких материалов при уходе луча в процессе относительного перемещения образец достаточно медленно охлаждается, пока лазерный луч не приходит снова в рассматриваемую точку при следующем обороте. Нагрев поверхности трубы скачкообразно повторяется, пока градиент температур в осевом направлении трубы вдоль всей линии обработки не превысит предел термостойкости материала. В этот момент на одном из наиболее значительных дефектов материала вдоль линии воздействия лазерного излучения возникает начало трещины, приводящей к раскалыванию трубы по намеченному контуру. [c.310]

Условие (2.6.2) позволяет определить технологическую скорость протекания процесса управляемого термораскалывания. Пока стекло прогревается до такой степени, чтобы обеспечить условие (2.6.1), лазерный луч успевает уйти на расстояние, равное произведению скорости перемещения луча на время, определяемое по (2.6.1) I = VI. Подставляя значения / из (2.6.2), получаем выражение для расстояния начала зарождения трещины от подвижной точки облучения поверхности стекла [c.310]

Чем больше запаздывает начало трещины по отношению к положению движущегося следа луча на поверхности стекла, тем меньше вероятность ее следования за лучом, особенно при наличии заметных дефектов, неоднородностей в стекле, а также внешних механических воздействий, способных увести трещину в сторону от траектории перемешения лазерного луча. Поэтому величина отставания трещины должна задаваться условиями обеспечения заданной траектории и точностью разделения. Таким образом, задаваясь значением / из (2.6.3), можно получить выражение для определения скорости уттравляемого термораскалывания стекла [c.310]

С другой стороны, скорость V определяется уровнем мощности или плотности мошности лазерного излучения, которую необходимо обеспечить для создания условий термо-раскальгеания стекла. Скорость термораскалывания прямо пропорциональна температуропроводности и обратно пропорциональна квадрату его толщины. Следовательно, никакими изменениями параметров лазерного излучения, в том числе и повышением мощ- [c.310]

Уровень мощности лазерного излучения, необходимый для обеспечения управляемого термораскалывания, можно определить при анализе приближенного выражения для температуры обрабатываемой поверхности на оси подвижного луча. Для удобства практического использования необходимо выразить плотность мощности Е и радиус лазерного пучка г через реально измеряемые параметры лазерного излучения. Учитывая, что оптимальным для качественного темораскалывания является луч трубчатой формы, полную мощность лазерного излучения Р можно выразить через плотность мощности Е, вычисляя интеграл по радиусу [c.311]

Термонапряжения возрастают с повышением температуры до тех пор, пока она не достигает значения температуры стеклования. При более высокой температуре стекло размягчается и напряжения в нем резко снижаются. Таким образом, для наиболее эффективного термораскалывания стекла лазерным излучением максимальная температура стекла должна равняться температуре стеклования Гс. [c.311]

Учитывая сказанное, окончательное выражение мощности лазерного излучения, необходимой для обеспечения управляемого термораскалывания стекла с заданной скоростью, записывается в виде [c.311]

Наиболее надежное и качественное разделение стекла обеспечивается при использовании второй схемы термораскалывания - при многократном воздействии лазерного излучения на стекло вдоль линии разрушения. Наиболее легко термораскалывание стеклянных труб можно осуществить их вращением относительно лазерного луча (или наоборот). [c.313]

Другим условием качественного разделения хрупких материалов лазерным излучением в результате непосредственного термораскалывания независимо от формы разделяемых образцов является обеспечение равенства диаметра с1/ лазерного луча толщине Н стенки разделяемого материала [c.313]

Минимальное значение мощности лазерного излучения, необходимое для обеспечения термораскалывания и определяемое из условия, что область заметного прогрева стекла не должна иметь протяженность более толщины стенки стекла, определяется неравенством [c.314]

Для надежного термораскальшания уровень мощности излучения должен превышать устанавливаемый (2.6.8) предел. Для установления ограничения по допустимому уровню мощности лазерного излучения следует использовать условие (2.6.2), введенное для термораскалывания листового стекла и имеющее в данном случае смысл для осуществления термораскальшания стеклянной трубки необходимо, помимо описанньЕХ условий, чтобы температура стекла по всей его толщине превысила предел термостойкости. Использование условия (2.6.2) позволяет определить минимальный промежуток времени, необходимый для обеспечения условий термораскалывания стеклянной трубки [c.314]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...