Резка толстых стальных листов излучением СО2-лазера тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.05, доктор технических наук Шулятьев, Виктор Борисович

• Шулятьев, Виктор Борисович
• доктор технических наук
• 2011

Оглавление диссертации доктор технических наук Шулятьев, Виктор Борисович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Лазерные технологии и технологические С02-лазеры

1.1. Лазерные технологии обработки материалов

1.2. Проблема качества излучения технологических лазеров

1.3. Общее устройство технологических С02-лазеров

1.4. Лазеры типа «ЛОК», «Сибирь», разработанные

вИТПМСО РАН

Глава 2. Численное исследование СФР применительно к использованию в мощном непрерывном С02-лазере

2.1. Самофильтрующий резонатор. Схема и основные свойства

2.2. Характеристики выходного пучка СФР

2.3. Область рабочих параметров СФР в условиях проточного СОг-лазера и рекомендации по инженерному проектированию

2.4. Влияние наклона зеркал на характеристики пучка СФР

Глава 3. Технологические СОг-лазеры с СФР

3.1. Средства и методы измерения характеристик излучения

3.2. Конструктивные схемы и характеристики излучения

лазеров непрерывного действия с СФР

3.3. Импульсно-периодический лазер с СФР для технологических и научных применений

3.4. Максимальная мощность непрерывных СОг-лазеров с СФР

Глава 4. Резка металлов излучением лазера с СФР

4.1. Лазерная резка. Обзор

4.2. Качество лазерного реза

4.3. Постановка задачи. Оборудование для резки

4.4. Лазерно-кислородная резка

4.5. Резка плавлением

4.6. Кислородная резка, поддерживаемая лазерным излучением

Глава 5. Оптимизация лазерно-кислородной резки толстых стальных

листов

5.1. Постановка задачи. Выбор обобщённых переменных

5.2. Экспериментальный поиск оптимальных параметров резки

5.3. Баланс энергии при оптимальных параметрах резки

5.4. Результаты оптимизации и соотношения подобия

5.5. О механизмах образования неоднородностей поверхности реза

Заключение

Список литературы

Приложение 1. Смещение оси резонатора при наклоне зеркал

Приложение 2. Технологические комплексы для резки на основе С02-лазеров с СФР

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Резка толстых стальных листов излучением СО2-лазера»

ВВЕДЕНИЕ

Лазерные технологии являются сравнительно новым классом промышленных технологий обработки материалов. Большинство лазерных технологий относится к классу термических - материал нагревается мощным лазерным излучением до температуры, при которой происходят структурные превращения или фазовые переходы - рекристаллизация, плавление, испарение. Пространственная когерентность лазерного излучения обуславливает малую угловую расходимостью, что позволяет сфокусировать пучок в пятно малых размеров. При этом происходит быстрый локальный нагрев материала. Лазерные технологии характеризуются малой зоной термического воздействия и высокой скоростью обработки, в чем и состоит их особенность в сравнении с другими термическими технологиями, такими, как плазменные и газопламенные. Ряд лазерных технологий, как резка, сварка, гравировка, уже успешно применяются. Другие, например, ударное упрочнение, поверхностная аморфизация, находятся на стадии исследований и разработок [1].

Промышленное использование лазеров началось в середине шестидесятых годов XX в., приблизительно через пять лет после появления первого лазера. Первой технологической операцией была пробивка отверстий, для, чего использовался импульсный рубиновый лазер [1]. Первый лазерный рез был сделан в Великобритании в 1967 г [2]. Стальная пластина толщиной 1 мм разрезалась при помощи луча СОг-лазера мощностью 300 Вт в коаксиальной струе кислорода. Приблизительно в то же время газолазерная резка была продемонстрирована в Японии и Германии [1]. В последующие годы возрастало применение лазерной резки в различных отраслях, интенсивно исследовались физические механизмы образования лазерного реза. Основополагающие работы по развитию лазерных технологий, в том числе технологий лазерной резки выполнены

такими авторами, как A.A. Веденов, Г.Г. Гладуш, H.H. Рыкалин, B.C. Голубев, В.Г. Низьев, Н.К. Макашов, Г.Г. Григорьянц, Y. Arata, С. Magnusson, J. Powell, D. Schuocker, D. Petring, F. O. Olsen, W.M. Steen, W. O'Neil, W. Schulz, M. S. Gross, M. Vicanec, K. Chen. Обзоры исследований по лазерной резке представлены в [1, 5, 16, 18, 22, 45, 51, 159-161, 164].

Актуальность темы

В настоящее время лазерная резка является одной из самых массовых технологий лазерной обработки материалов и продолжает развиваться, а, мощные С02-лазеры непрерывного действия составляют большинство среди лазеров, применяемых для резки. Развитие лазерной резки происходит по двум связанным между собой направлениям. Первое направление -совершенствование технологических лазеров (как и другого необходимого для резки оборудования), повышение их мощности. Большая мощность позволяет достичь большей производительности процесса — большей скорости резки и/или большей толщины разрезаемых листов. Второе направление - развитие технологий лазерной резки, проведение исследований и разработок, направленных на достижение высокого качества реза при высокой производительности. Ниже дана характеристика возникающих при этом проблем.

Лазерная обработка производится сфокусированным пучком, и определяющим параметром лазерных технологий является интенсивность излучения в фокальном пятне. Каждый вид лазерной обработки выполняется в определенном диапазоне интенсивностей излучения на обрабатываемой детали. Поэтому важнейшей характеристикой лазерного пучка наряду с мощностью является его способность фокусироваться в компактное пятно малых размеров, которая определяется таким параметром как качество пучка. Качество пучка тем выше, чем ближе расходимость излучения к принципиальному пределу, определяемому дифракцией. При

дифракционной расходимости излучения размер фокального пятна будет минимальным для данной длины волны. Для проведения качественной резки металлов с использованием С02-лазера необходима интенсивность

7 8 ^

излучения до 10 - 10 Вт/см" в пятне диаметром 0,1 - 0,2 мм в непрерывном режиме. Для достижения этих параметров необходимо, чтобы расходимость излучения была близка к дифракционному пределу. Близкие требования к лазерному пучку предъявляет и лазерная сварка.

Применительно к лазерной обработке наибольшая потребность существовала и продолжает существовать в мощных лазерах с высоким качеством излучения. Во-первых, наиболее распространенным видом лазерной обработки является резка, для которой требуется излучение высокого качества. Во-вторых, лазер с расходимостью излучения, близкой к дифракционному пределу, универсален. Он обеспечивает качественную резку и сварку, в то же время, он применим и для других операций, с менее жёсткими требованиям к пространственным характеристикам лазерного пучка. Следует сказать, что обработка материалов является основной, но не единственной областью применения мощных С02-лазеров с высоким качеством пучка. Такие лазеры применяются и в научных исследованиях, например, для создания оптических разрядов как локализованных источников тепла в газодинамике [219, 221].

При получении уже первого опыта практического применения технологических лазеров сформировалось основное направление их совершенствования — повышение мощности при сохранении высокого качества пучка. Возникающая здесь проблема связана с тем, что для самого распространённого двухзеркального устойчивого резонатора (а такие резонаторы применялись и продолжают применяться в большинстве промышленных технологических ССЬ-лазеров), требования высокой мощности и высокого качества пучка являются противоречивыми. Для повышения мощности необходимо повышать объем активной среды и,

>

соответственно, апертуру и число Френеля резонатора. При числе Френеля, превышающем приблизительно единицу, возникает многомодовая генерация, и качество пучка ухудшается [3, 4]. Применение в мощных непрерывных С02-лазерах обычных неустойчивых лазерных резонаторов из полностью отражающих зеркал [3] позволяет повысить качество пучка при больших числах Френеля по сравнению с многомодовыми устойчивыми резонаторами. Но качество пучка остаётся всё же недостаточно высоким для использования лазеров с неустойчивым резонатором в системах лазерной резки металлов.

Настоящая работы была начата в середине 80-х годов XX в.(первая публикация по теме диссертации вышла в 1988 г, [145]), в это время мощность технологических С02-лазеров, генерирующих на низшей поперечной моде резонатора, не превышала 3 кВт [45]. В то же время, уже отчетливо сформировалась потребность в лазерах с высоким- качеством излучения большей мощности. Отсюда вытекает актуальность исследований и разработок, направленных на создание оптического резонатора, который позволял бы генерировать в непрерывных С02-лазерах излучение с расходимостью, близкой к дифракционному пределу, при числе Френеля резонатора, значительно превышающем единицу, и мощности излучения 5 кВт и более.

Другая важная проблема лазерной резки связана с прогнозированием результатов резки (в том числе — показателей качества реза, таких как шероховатость поверхности реза, форма кромок и других) по заданным исходным параметрам, или наоборот, определения оптимальных параметров (мощности излучения, скорости резки), исходя из заданных характеристик реза. Несмотря на большой объём проведённых теоретических и экспериментальных исследований [51, 160, 164, 179-180, 250], к настоящему времени отсутствует полная и взаимосвязанная физическая картина образования лазерного реза. Связано это, прежде всего, с многообразием и

сложным взаимодействием протекающих при лазерной резке физических процессов - оптических, тепловых, химических, гидродинамических. При численном моделировании приходится решать целый ряд сопряжённых задач, и при учёте всех значимых факторов задача требует слишком

1

больших вычислительных ресурсов [192, 204]. Теоретические исследования касаются, как правило, какого-то одного процесса, или проводятся на упрощённой модели. Такой подход позволяет продвинуться в понимании физических механизмов, но он не может быть надежной основой для оптимизации, процесса лазерной резки, например, для предсказания- того, как будут меняться оптимальные с точки зрения качества реза параметры резки с толщиной разрезаемого листа.

Экспериментальное исследование лазерной резки затруднено сложностью наблюдения за процессами в канале лазерного реза шириной 0,1-1 мм при толщине листа 1-30 мм, при наличии мощного лазерного излучения, потока химически активного газа, движущейся пленки расплава.

При отсутствии моделей, дающих количественное описание лазерной резки с учётом качества реза, эмпирический метод определения оптимальных параметров резки остаётся самым надёжным и распространённым. По этой причине становится актуальным поиск эмпирических закономерностей получения качественного реза. Важной частью этой общей задачи является поиск обобщённых переменных, описывающих получение качественного реза. Соответствующие экспериментальные исследования должны иметь комплексный характер и проводиться в широком диапазоне параметров на одном лазерном технологическом оборудовании, при этом должно быть максимальным образом исключено влияние технических факторов (таких, как разброс характеристик материалов, стабильность параметров оборудования). Необходимо заметить, что при использовании для решения этой задачи лазера с устойчивым резонатором возникает проблема обеспечения

стабильности модового состава излучения и исключения его влияния на результат резки, так как модовый состав и качество пучка могут изменяться при изменении мощности излучения. Таким образом разработка оптического резонатора, обеспечивающего генерацию излучения с высоким качеством и его стабильность в широком диапазоне мощности является актуальной и с точки зрения исследования закономерностей получения качественного реза.

К настоящему времени самым распространённым методом лазерной резки является газолазерная резка низкоуглеродистой стали с кислородом, или лазерно-кислородная резка. Имеется достаточно большой объём опубликованных экспериментальных данных по лазерно-кислородной резке, но они относится, главным образом, к области тонких листов, толщиной менее 10 мм. Кроме того, корректное сопоставление данных из разных источников для выявления общих закономерностей не всегда возможно, так как известные результаты экспериментальных исследований часто содержат неполные наборы данных или получены при разных условиях.

Перечисленные выше актуальные проблемы определили цели работы.

Цели работы

1. Поиск закономерностей получения качественного реза и соотношений подобия для лазерно-кислородной резки стали при больших толщинах разрезаемых листов.

2. Разработка научных основ создания оптического резонатора для технологического СОг-лазера с высоким качеством излучения в широком диапазоне мощности.

В качестве объекта исследования по пункту 2 автором был выбран самофильтрующий резонатор (СФР) [6], относящийся к классу резонаторов с преобразованием Фурье [10], и ранее технологических С02-лазерах (и вообще в непрерывных лазерах) не использовавшийся.

При выполнении работы решались следующие задачи.

1. Поиск оптимальной конфигурации неустойчивого резонатора. Численное и экспериментальное обоснование возможности эффективного использования СФР в мощном непрерывном С02-лазере, определение оптимальной области рабочих параметров СФР.

2. Разработка научных основ проектирования и конструктивных схем СФР для технологических С02-лазеров с поперечным потоком. Создание лазеров с СФР и исследование их характеристик.

3. Исследование возможности качественной резки металлических материалов при помощи лазера С02-лазера с СФР без пространственной фильтрации излучения.

4. Экспериментальное исследование зависимости шероховатости поверхности от параметров процесса при лазерно-кислородной резке листов низкоуглеродистой стали в широком диапазоне толщин (5.. .25 мм).

5. Поиск эмпирических закономерностей лазерно-кислородной резки стали и условий получения минимальной шероховатости реза в виде соотношений между обобщёнными безразмерными переменными.

6. Практическая реализация полученных в работе результатов в создаваемых лазерных технологических комплексах для резки.

Научная новизна работы формулируются следующим образом.

1. Разработаны научные основы оптимизации процесса лазерной резки листов низкоуглеродистой стали толщиной 5...50 мм при использовании С02-лазера.

2. На основе детального экспериментального исследования установлено, что при лазерно-кислородной резке толстых (5...25 мм) листов низкоуглеродистой стали имеется минимум зависимости шероховатости поверхности реза от параметров резки. В пространстве обобщенных

безразмерных переменных минимум достигается при числе Пекле, равном 0,5...0,6.

3. Найдены энергетические условия образования качественного реза и соотношения подобия для лазерно-кислородной резки низкоуглеродистой стали при больших толщинах листов. Установлено, что существуют оптимальные значения лазерной энергии, вкладываемой в единицу объёма удаляемого материала, и мощности излучения, приходящейся на единицу толщины листа, при которых шероховатость поверхности реза минимальна.

4. Предложен и обоснован критерий определения максимальной толщины листа, при которой ещё может быть получено высокое качество реза при лазерно-кислородной резке стали. Предложены простые практические соотношения для расчёта оптимальных параметров резки по критерию минимума шероховатости.

5. Экспериментально реализована качественная резка низкоуглеродистой стали в сверхзвуковой струе кислорода с поддержкой лазерным излучением с применением С02-лазера с СФР. Для пластин толщиной от 20 до 50 мм определены оптимальные параметры резки.

6. Предложен и обоснован метод повышения яркости выходного пучка технологического С02-лазера, основанный на использовании самофильтрующего оптического резонатора. Впервые СФР применен в технологическом С02-лазере.

7. Впервые создан технологический С02-лазер с качеством пучка на уровне основной гауссовой моды устойчивого резонатора при мощности излучения 8 кВт, число Френеля резонатора равно 6,4. Разработаны научные основы проектирования С02-лазеров с СФР.

8. Экспериментально обоснована возможность использования С02-лазера с оптическим резонатором из полностью отражающих зеркал для высококачественной резки металлов без пространственной фильтрации излучения.

На защиту выносятся

1. Результаты экспериментальных и численных исследований СФР в условиях непрерывного электроразрядного СОг-лазера, включая условия эффективного применения СФР и характеристики лазеров с СФР.

2. Создание технологических СС^-лазеров с СФР. Разработанные рекомендации по инженерному проектированию и схемы СФР для технологических С02-лазеров с поперечным потоком.

3. Результаты экспериментальных исследований резки листовых металлических материалов с использованием ССЬ-лазеров с СФР. Найденные характеристики резов при резке с нейтральным газом, лазерно-кислородной резке и кислородной резке, поддерживаемой лазерным излучением.

4. Результаты исследования закономерностей получения качественного реза при лазерно-кислородной резке толстых листов низкоуглеродистой стали. Найденные экспериментально соотношения подобия и законы масштабирования.

5. Применение лазеров с СФР и результатов исследования закономерностей получения качественных резов при создании лазерных технологических комплексов и оптимизации технологических процессов.

Практическая ценность работы

Результаты диссертационной работы использованы при создании в ИТПМ СО РАН автоматизированных лазерных технологических комплексов для резки листовых материалов.

Результаты позволяют создавать мощные СОг-лазеры с высоким качеством излучения на основе простых по конструкции резонаторов из полностью отражающих зеркал. В ИТПМ СО РАН созданы технологические лазеры с СФР мощностью от 1,5 кВт до 8 кВт. Найденные в работе законы получения качественного реза и результаты оптимизации лазерно-

кислородной резки стальных листов применяются при разработке промышленных технологий резки.

Лазерный технологический комплекс на основе лазера мощностью 1,5 кВт для резки электротехнической стали установлен в НПО «ЭЛСИБ» в 2001 году. В 2002 году в ОАО «Новосибирский завод химконцентратов» установлен комплекс мощностью 5 кВт для вырезки деталей из коррозионно-стойких, углеродистых и низколегированных сталей, диэлектриков, композиционных материалов. Комплекс на основе лазера мощностью до 8 кВт создан для «ОКБ лазерной техники» при СО РАН. На комплексе ведутся исследования и разработки по лазерной технологии, в частности, произведена резка титановых пластин толщиной 30 мм. На предприятии «Элсиб-Лазер» СОг-лазеры мощностью 5 кВт с СФР входят в состав двух комплексов, использующихся для резки широкого круга металлических и неметаллических материалов. На основе лазеров с СФР мощностью 6 кВт в ИТПМ СО РАН создан лазерно-технологический участок.

Результаты применены также при создании импульсно-периодического СОг-лазера с модуляцией добротности р езонатора. Лазер используется для создания оптического разряда в сверхзвуковом потоке газа в экспериментах по радиационной газодинамике и в технологических разработках.

Апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих Международных и Всероссийских научных конференциях: 27th International Congress on Applications of Lasers and Electro-Optics ICALEO, Temecula, CA, USA, 2008; 28th International Congress on Applications of Lasers and Electro-Optics ICALEO, Orlando, FL, USA, 2009; 29th International Congress on Applications of Lasers and Electro-Optics ICALEO, Anaheim, CA, USA, 2010; XIII International Symposium on Gas Flow

and Chemical Lasers & High Power Lasers GCL/HPL, Florence, Italy, 2000; XV International Symposium on Gas Flow and Chemical Lasers & High Power Lasers GCL/HPL, Prague, Czech republic, 2004; XVI International Symposium on Gas Flow and Chemical Lasers & High Power Lasers GCL/HPL, Gmunden, Austria, 2006; XVII International Symposium on Gas Flow and Chemical Lasers & High Power Lasers GCL/HPL, Lisbon, Portugal, 2008; International Conference on Lasers, Applications, and Technologies LAT, St. Petersburg, 2005; International Conference on Lasers, Applications, and Technologies LAT, Kazan, 2010; V International Conference «Laser Technologies and Lasers» LTL, Smolyan, Bulgaria, 2006; VI International Conference "Laser Technologies and Lasers" LTL, Smolyan, Bulgaria, 2009; VII Международная конференция «Лазерные и лазерно-информационные технологии: фундаментальные проблемы и приложения», Владимир-Суздаль, 2001); III Всесоюзная конференция «Применение лазеров в народном хозяйстве», Шатура, 1989; Russia National Conference: Industrial Lasers and Laser Material Processing, Shatura, 1993; International Conference on the Methods of Aerophysical Research ICMAR, Novosibirsk, 2007; International Conference on the Methods of Aerophysical Research ICMAR, Novosibirsk, 2008; 5 Международная конференции "Лазерные технологии и средства их реализации", С.Петербург, 2005; III Всероссийская конференция «Взаимодействие высококонцентрированных потоков энергии с материалами в перспективных технологиях и медицине», Новосибирск, 2009; XI Internationsl Conference «Laser Optics: High Power Gas Lasers», St. Petersburg, 2003; IV Всероссийская конференция «Взаимодействие высококонцентрированных потоков энергии с материалами в перспективных технологиях и медицине», Новосибирск, 2011.

Публикации

Всего по теме диссертации опубликовано 53 печатные работы, они приведены в списке литературы под номерами 62-71, 92-97, 104, 117, 120134, 136-151, 155-156, 187,207, 229.

Основные результаты диссертации опубликованы в 14 статьях в { рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК для

опубликования результатов кандидатских и докторских диссертаций от 27.09.2010:

1. Иванченко А.И., Крашенинников В.В., Пономаренко A.F., Шулятьев В.Б. Самофильтрующий резонатор в С02-лазере непрерывного действия//Квантовая электроника. 1989. Т. 16. № 2. С. 305-307.

2. Иванченко А.И., Крашенинников В.В., Смирнов A.JL, Шулятьев В.Б. Технологический С02-лазер мощностью 3 кВт с высоким качеством излучения//Квантовая электроника. 1994. Т. 21. № 7. С. 643-646.

3. Афонин Ю.В., Голышев А.П., Иванченко А.И., Малов А.Н., Оришич A.M., Печурин В.А., Филев В.Ф., Шулятьев В.Б. Генерация излучения с качеством ТЕМ00 моды в непрерывном С02-лазере мощностью 8

{ кВт // Квантовая электроника. 2004. Т. 34. № 4. С.307-310.

I

4. Грачёв Г.Н., Иванченко А.И., Смирнов A.JL, Шулятьев В.Б. Неустойчивый резонатор с пространственной фильтрацией излучения в технологическом С02-лазере//Квантовая электроника. 1991. Т. 18. № 1. С. 131-133.

5. Зайцев A.B., Ковалев О.Б., Оришич A.M., Фомин В.М., Шулятьев В.Б. Газодинамика лазерной резки толстолистовых металлических пластин непрерывным С02-лазером // Вычислительные технологии. 2006. Т. 11, часть 1. Специальный выпуск. С.74-83.

6. Зайцев A.B., Ковалев О.Б.,. Маликов А.Г, Оришич A.M., Шулятьев В.Б. Лазерная резка толстых стальных листов при использовании

сверхзвуковой струи кислорода // Квантовая электроника. 2007. Т. 37. № 9. С. 891-893.

7. Данилов В.И., Зуев Л.Б., Кузнецова Н.И., Малов А.Н., Оришич A.M., Фомин В.М., Шулятьев В.Б. Особенности лазерной резки листовой стали и мониторинг качества образцов после лазерного воздействия // Прикладная механика и техническая физика. 2006. Т. 47. №4. С. 176-184.

8. Маликов А.Г., Оришич A.M., Шулятьев В.Б. Резка металлов излучением С02-лазера с само фильтрующим резонатором // Квантовая электроника. 2009. Т. 39. № 2. С. 191-196.

9. Маликов А.Г., Оришич A.M., Шулятьев В.Б. Экспериментальная оптимизация газолазерной резки толстых стальных листов // Квантовая электроника. 2009. Т. 39. № 6. С. 547-551.

10. Фомин В.М., Маликов А.Г., Оришич A.M., Шулятьев В.Б. О законах подобия газолазерной резки толстых стальных листов. Доклады Академии Наук. Физика. 2009. Т. 428. №. 3. С. 325-329.

11. Фомин В.М., Маликов А.Г., Оришич A.M., Шулятьев В.Б. Подобие тепловых потоков при лазерно-кислородной резке стали // Доклады Академии Наук. Физика. 2011. Т. 436. №2. С. 1-4.

12. Фомин В. М., Маликов А. Г., Оришич А. М., Шулятьев В. Б. Энергетические условия газолазерной резки толстых стальных листов // Прикладная механика и техническая физика. 2011. Т. 52. №3. С. 16-25.

13. Ковалев О.Б., Оришич A.M., Фомин В.М., Шулятьев В.Б. Сопряженные задачи механики сплошных сред в процессах газолазерной резки металлов // Прикладная механика и техническая физика. 2001. Т.42. №6. С.106-116.

14. Шепеленко A.A., Шулятьев В.Б. Измерение расходимости излучения С02-лазеров // Приборы и техника эксперимента. 1985. № 5. С. 157-158.

По материалам диссертации получено 3 патента РФ на изобретение:

1. Оришич A.M., Фомин В.М., Шулятьев В.Б., Ермолаев Г.В., Зайцев A.B., Ковалев О.Б., Маликов А.Г., Юдин П.В. Способ резки толстых металлических листов // Патент на изобретение РФ №2350445. Бюллетень: Изобретения. Полезные модели. 2009. № 9.

2. Шулятьев В.Б., Константинов С.А., Оришич A.M., Шихалев Э.Г., Иванченко А.И., Голышев А.П. Способ лазерной резки деталей из тонких листов // Патент на изобретение РФ № 2225782. Бюллетень: Изобретения. Полезные модели. 2004. №8. С. 693.

3. Иванченко А.И, Шулятьев В.Б. Проточный газовый лазер // Патент на изобретение РФ № 1702842 // Бюллетень: Изобретения. 1993. № 2. С.255.

Достоверность результатов .

Достоверность результатов работы обоснована: сочетанием расчётных и экспериментальных методов исследования, сравнением результатов измерений с результатами численных расчётов;

использованием надёжных, апробированных методов измерений, дублированием измерений с применением различных методик;

- непротиворечивостью полученных результатов и их согласием с результатами других авторов в сопоставимых частных случаях;

- успешным использованием в практике лазерной резки технических решений и рекомендаций, разработанных на основе полученных в работе научных результатов.

Личный вклад автора

Личный вклад автора в получение представленных в работе результатов является определяющим. Автором предложен реализованный в работе метод повышения качества излучения технологического лазера.

Принципиальные технические решения и конструктивные схемы СФР для СОг-лазеров с поперечным потоком разработаны автором или под его научным руководством. Все экспериментальные результаты получены автором лично или при его непосредственном участии и под его руководством. Результаты численных исследований получены автором лично, под его руководством или по его заданию. Автором проводился анализ и обобщение результатов расчётов и экспериментов, делались выводы на всех этапах работы. Включение в диссертацию результатов, полученных в совместных работах, обсуждено и согласовано с соавторами. Автор принимал активное участие в создании и промышленном освоении лазерных технологических комплексов для резки листовых материалов.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, 5 глав с выводами по главам,, заключения, списка литературы и 2 приложений. Всего в диссертации 306 страниц, 144 рисунка, 18 таблиц. Список литературы насчитывает 261 наименование.

В Главе 1 дано общее описание технологических лазеров и лазерных технологий обработки материалов. Отмечены особенности различных технологий, проведено их сравнение по параметрам «интенсивность лазерного излучения — время воздействия». Перечислены разновидности технологических СОг-лазеров, их компоновочных схем, методов возбуждения и охлаждения активной среды.

Охарактеризованы различные способы описания качества лазерного пучка. Проанализированы проблемы, возникающие при создании мощных технологических С02-лазеров с высоким качеством излучения и дан обзор известных способов их решения. Отмечена решающая роль оптического резонатора и сформулированы требования к резонатору мощного технологического лазера. Сделан вывод об ограниченности известных

методов решения проблемы и об отсутствии универсального решения для генерации в мощных С02-лазерах пучков с расходимостью, близкой к дифракционному пределу.

В это главе также дано описание разработанных в ИТПМ СО РАН технологических лазеров с поперечным потоком ЛОК, Сибирь. Приведены характеристики лазера ЛОК-3 с неустойчивым телескопическим резонатором. Отмечено, что низкое качество пучка лазера с неустойчивым резонатором не позволяет использовать его для высококачественной резки металлических материалов.

В Главе 2 представлены результаты численного исследования самофильтрующего резонатора. Описаны особенности схемы СФР и применявшиеся методы расчёта. Решалась дифракционная задача для пустого резонатора с круглыми зеркалами. Определялись дифракционные потери резонатора, распределения поля на зеркалах и в выходном пучке в ближней и дальней зонах. Рассчитаны пространственные характеристики выходного пучка в зависимости от геометрического увеличения резонатора. Определены оптимальные размеры зеркал.

С использованием известной методики, разработанной Ю.А. Ананьевым [3], сделаны оценки эффективности преобразования энергии активной среды в энергию излучения генерации в лазере с СФР. Построена область рабочих параметров СФР в условиях электроразрядного С02-лазера с поперечным потоком в координатах «усиление активной среды — увеличение резонатора (число Френеля)». Сделан вывод о возможности достижения одновременно высокого качества пучка и значимого выигрыша в мощности излучения по сравнению с лазером, в котором используется традиционный устойчивый резонатор. Изложены рекомендации по инженерному проектированию СФР для электроразрядных С02-лазеров.

На основе дифракционных расчётов и геометрического анализа оценена чувствительность СФР к наклону зеркал. Анализ показал, что в

СФР наклон зеркала оказывает не большее влияние на характеристики резонатора, чем в устойчивом резонаторе при тех параметрах, при которых он используется в технологических С02 лазерах.

Главе 3 посвящена экспериментальному исследованию СФР в технологических С02-лазерах. Описаны методы и средства измерения характеристик излучения, в том числе и разработанные автором, применявшиеся в экспериментальных исследованиях. Приводятся результаты-- измерения мощности излучения и качества пучка. Описан непрерывный лазер с СФР мощностью 8 кВт с параметром качества К = 0,66 при числе Френеля 6,4. Лазер стал прототипом технологических С02-лазеров, входящих в состав созданных в ИТПМ СО РАН систем лазерной резки. Описан импульсно-периодический С02-лазер с модулированной добротностью с СФР, созданные на основе результатов настоящей работы. Лазер используется в научных исследованиях и технологических разработках. На основе полученных результатов сделаны оценки максимальной мощности излучения С02-лазеров с СФР. Сделан ввод о возможности создания лазеров мощностью до 15 кВт при характеристиках резонатора, обеспечивающих высокое качество пучка.

В Главе 4 экспериментально исследуется возможность использования лазера с СФР для качественной резки металлов, в первую очередь - стали. В начале главы дан обзор, в котором описаны особенности различных методов лазерной резки. На основе анализа литературных источников дан обзор механизмов образования грата и бороздок на поверхности реза. Отмечено, что отсутствуют теоретические модели, которые позволяли бы определять характеристики рельефа поверхности реза по заданным параметрам резки. Также указывается на отсутствие количественных методов оценки влияния пространственной структуры лазерного пучка на характеристики реза. Отсюда вытекает необходимость прямых экспериментов.

Исследуются характеристики реза (ширина реза, шероховатость поверхности реза, скорость резки) пластин низкоуглеродистой стали, коррозионно-стойкой стали и титана. Проведено сравнение измеренных характеристик реза с известными результатами для лазера с устойчивым резонатором. Сделан вывод о том, что детали пространственной структуры пучка СФР не оказывают существенного влияния на характеристики реза.

С использованием лазера с СФР экспериментально реализована кислородная резка низкоуглеродистой стали- с поддержкой лазерным излучением. На пластинах толщиной до 50 мм получены качественные резы, определены оптимальные параметры резки.

Глава 5 посвящена экспериментальному поиску закономерностей получения качественного реза при лазерно-кислородной резке низкоуглеродистой стали в области толстых листов (5 - 25 мм). Исследована зависимость шероховатости реза от параметров резки. Полученные результаты проанализированы с использованием обобщённых параметров -безразмерной мощности излучения и безразмерной скорости резки (числа Пекле). Установлено, что во всём диапазоне толщин минимум шероховатости достигается при определённом значении числа Пекле и безразмерной мощности.

При .оптимальных условиях резки, соответствующих минимуму шероховатости, измерен энергетический баланс и определён термический КПД лазерно-кислородной резки. Измерен коэффициент поглощения лазерного излучения в канале реза и тепловая мощность экзотермической реакции окисления. Установлено, что соотношение между компонентами энергетического баланса остаётся постоянным при изменении толщины листа.

На основании результатов экспериментов предложены соотношения, позволяющие по заданной толщине листа определить мощность излучения и скорость резки, при которых шероховатость минимальна. Предложен

критерий и сделаны оценки максимальной толщины листа, при которой достижим качественный рез.

Представлены результаты анализа поверхности реза низкоуглеродистой стали под микроскопом. Описаны механические дефекты на поверхности реза, вызванные попаданием твёрдых частиц на жидкую плёнку расплава.

В Заключении сформулированы результаты и выводы работы.

В Приложении 1 дан вывод формул для расчёта положения геометрической оси и смещения пятен на зеркалах оптического резонатора при наклоне зеркал.

В Приложении 2 дано описание созданных в ИТПМ СО РАН технологических комплексов для резки листовых материалов на основе лазеров с СФР. Представлены копии документов, подтверждающих практическое использование полученных в диссертации результатов.

Заключение диссертации по теме «Механика жидкости, газа и плазмы», Шулятьев, Виктор Борисович

Выводы по главе 5.

1. Экспериментально обоснована возможность выражения условий получения реза с минимальной шероховатостью поверхности при лазерно-кислородной резке низкоуглеродистой стали через безразмерные параметры \¥/к!;Тт и уЬ/у (число Пекле).

5.27)

2. На основе проведенной экспериментальной оптимизации параметров резки в области толщин разрезаемых листов от 5 до 25 мм показано, что минимальная для данной мощности излучения шероховатость достигается при близкой к линейной зависимости между параметрами \¥/к!:Тт и уЬ/у. Отсюда следует, что во всем диапазоне толщин остается постоянной величина представляющая собой энергию лазерного излучения, вложенную в единицу объёма удаляемого материала.

3. Установлено, что зависимость шероховатости поверхности реза от параметра "ЭДУкЛ^ (или числа Пекле уЬ/у) имеет минимум. Этот минимум достигается при уЬ/у = 0,5.0,6, \^/к£Гт = 1,5. 1,7.

4. Экспериментально определена зависимость между шириной реза и толщиной листа, что позволило сформулировать условия получения реза с минимальной шероховатостью в виде соотношений, содержащих только исходные параметры лазерной резки — мощность излучения, скорость резки и толщину листа.

5. Предложен критерий определения максимальной толщины, при которой возможно получение качественного реза. Согласно оценкам, сделанным с использованием полученных в работе соотношений, резка с малой шероховатостью возможна при толщине листа не более 40.50 мм.

6. Установлено, что в канале реза образуются твёрдые сферические частицы, которые могут попадать на жидкую плёнку расплава. При попадании частиц на боковой поверхности реза возникают пространственные неоднородности, или шероховатости. Существуют различные типы этих неоднородностей и возможны разные механизмы их образования.

7. Количество частиц на поверхности реза возрастает с толщиной листа, а для данной толщины — в направлении от верхней части реза к нижней. Характерный размер частиц при толщине листа 16 мм и оптимальных условиях резки равен 5. .20 мкм в верхней части реза, и 10. .50 мкм - в нижней части.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты и выводы работы формулируются следующим образом.

1. Для лазерио-кислородной резки низкоуглеродистой стали найдены соотношения подобия, связывающие параметры резки с толщиной разрезаемого листа при условии минимальной шероховатости поверхности реза в диапазоне толщин 5.25 мм. Экспериментальным путём установлено, что минимальная шероховатость достигается при оптимальных значениях безразмерной мощности излучения 1¥/1йТт и числа Пекле уЬ/у, которые равны, соответственно, 1,5. 1,7 и 0,5.0,6. При этом во всём диапазоне толщин остаётся постоянной величина вклада лазерной энергии в единицу объема удаляемого материала, она равна (18. .20) Дж/мм3.

2. Измерен баланс энергии и определён термический КПД лазерно-кислородной резки при минимальной шероховатости поверхности реза. Установлено, что тепловые потоки, составляющие баланс энергии на фронте реза, а именно: АЖ - поглощённая лазерная мощность, Жок - мощность, выделяемая при окислении железа, РГС0Ш1 — мощность, теряемая на нагрев образца и Жт — мощность, затрачиваемая на нагрев и плавление удаляемого материала, изменяются при изменении толщины / таким образом, что величины АЖи, \VvJt, ЖС0П(]//, остаются постоянными.

3". На основе найденных оптимальных значений обобщенных безразмерных параметров предложены простые соотношения для определения мощности излучения и скорости резки, при которых рез имеет минимальную шероховатость. Согласно оценкам, сделанным с использованием предложенных соотношений, высокое качество реза достижимо при толщине листов не более 40. .50 мм.

4. При использовании С02-лазера с самофильтрующим резонатором (СФР) экспериментально реализована кислородная резка низкоуглеродистой стали с поддержкой лазерным излучением. Продемонстрирована качественная резка листов толщиной от 20 до 50 мм без грата и с малой шероховатостью поверхности реза, определены оптимальные параметры резки.

5. Обоснована возможность значительного (в 3.5 раз) повышения яркости излучения С02-лазера непрерывного действия при использования СФР вместо традиционных устойчивого или неустойчивого лазерных резонаторов. Расчётным путём найдены пространственные характеристики выходного пучка СФР и оптимальные параметры резонатора. Определена область рабочих параметров СФР и разработаны рекомендации по инженерному проектированию СФР в технологических С02-лазерах.

6. Впервые создан технологический С02-лазер непрерывного действия мощностью 8 кВт с качеством пучка на уровне основной гауссовой моды устойчивого резонатора. Измеренный параметр К качества пучка равен 0,66 при числе Френеля резонатора 6,4. Показано, что возможным является создание непрерывных С02-лазеров с СФР уровня мощности до 15 кВт при значениях параметров резонатора, обеспечивающих высокое качество излучения.

7. Экспериментально продемонстрирована возможность использования С02-лазера с самофильтрующим резонатором для качественной резки низкоуглеродистой и коррозионно-стойкой стали без пространственной фильтрации излучения.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Шулятьев, Виктор Борисович, 2011 год

Литература

1. Ion J.C. Laser Processing of Engineering of Materials. Amsterdam: Elsevier, 2005. 556 c.

2. Sullivan A.B.J., Houldcroft P.T. Gas-jet laser cutting // British Welding Journal. 1967. V. 14. No 8. P. 443-445.

3. Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и проблема расходимости лазерного излучения. М.: Наука, 1979. 328 с.

4. Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и лазерные пучки. М.: Наука, 1990. 263 с.

5. Веденов А.А., Гладуш Г.Г. Физические процессы при лазерной обработке металлов. М.: Энергоатомиздат, 1985. 207 с.

6. Gobbi P.G., Reali G.C. A novel unstable resonator configuration with a self-filtering aperture // Optics communications. 1984. V. 52. No 3. P. 195198.

7. Siegman A.E. Performance limitations of the self-filtering unstable resonator, Optics communications. V. 88. No. 4-6. P. 295-297.

8. Ананьев Ю.А, Аникичев С.Г., Соловьев В.Д. Особенности и возможности применения простейших резонаторов с пространственной фильтрацией излучения // Оптика и спектроскопия. 1992. Т. 73. Вып. 1. С. 173-181.

9. ГОСТ 26086-84. Лазеры. Методы измерения диаметра пучка и энергетической эффективности лазерного излучения. М.: ИПК Издательство стандартов.

10. Hodgson N., Weber H. Laser Resonators and Beam Propagation. Berlin: Springer-Verlag, 1991. 793 c.

11.Стандарт ISO/DIS 11164, 1995. Test methods for laser beam parameters: beam width, divergence angle and beam propagation factor.

»J

12. Хазанов E.A., Потёмкин А.К. Вычисление параметра М лазерных пучков методом моментов // Квантовая электроника. 2005. Т. 35. № 11. С. 1042-1044.

1 З.Ананьев, Ю.А. Еще раз о критериях "качества" лазерных пучков // Оптика и спектроскопия. 1999. Т. 86. №3. С. 499-502.

14. Schlueter Н. Advances in industrial high power lasers // Proc. SPIE. 2005. V. 5777. P. 8-15.

15.Прохоров A.M., Конов В.И., Урсу И., Михайлеску Й. Взаимодействие лазерного излучения с металлами. М.: Наука, 1988. 537 с.

16. Steen W. М. Laser material processing—an overview // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2003. V. 5. P. 3-7.

17. Анисимов С.И., Имас Я.А., Романов Г.С., Ходыко Ю.В. Действие излучения большой мощности на металлы // Под ред. А.М.Бонч-Бруевича и М.А.Ельяшевича. М.: Наука, 1970.

18.Технологические лазеры. Справочник. Ред. Г.А. Абильсиитов. В 2 т. Т. 1. М.: Машиностроение, 1991. 432 с.

19. PRC Products: Fast-Axial Flow, DC Excited, C02 lasers // URL: http://www.prclaser.c0m/pr0ducts.shtml#xlseries (дата обращения 01.03.2010).

20. Habich U., Loosen P., Hertzler C., Wollermann-Windgasse R. Industrial 30 kW C02-laser with fast axial flow and rf-excitation // Proc. SPIE. 1996. V. 2702. P. 374-384.

21. Siegman A.E. Unstable optical resonators for laser application // Proc. IEEE. 1965. V.53. P.277-284.

22. Steen W. M. Laser Material Processing (London: Springer - Verlag, 1991).

23. Lavigne P., McCarthy N., Parent A., Snell K.J. Laser mode control with variable reflectivity mirrors // Canadian J. Phys. 1988 .V. 66. No 10. P. 888895.

24. Willets D.V., Harris M. R. Output characteristics of a compact 1 J C02-laser with a gaussian reflectivity resonator // IEEE Journal of Quantum electronics. 1988. V. 24. No 6. P. 849-855.

25. Snell K.J., McCarthy N., Piche M., Lavigne P. Single transverse mode oscillations from an unstable resonator Nd:YAG laser using a variable reflectivity mirror // Optics communications. 1988. V. 65. N 5. P. 377-382.

26. Sona P., Muys P., Sherman C., Leys Ch. High-power fast-axial-flow C02-laser with a variable-reflectivity output coupler // Optics letters. 1990. V.15. No 24. P. 1452-1454.

27. Генералов H.A., Зимаков В.П., Соловьев Н.Г., Якимов М.Ю. Повышение качества излучения мощных технологических СОг-лазеров с поперечной прокачкой путем применения специальных схем оптических резонаторов //Известия РАН. Серия физическая. 1994. Т. 58. №2. С. 104-109.

28. Generalov N.A., Moskalev V.S, Solov'yov N.G., Yakimov M.Yu., and V.P. Zimakov. Beam quality and efficiency improvements of fast-transverse-flow C02- lasers with multiple-pass resonators // XII International Conference on the Method of Aerophysical Research: Proceedings. Pt. III. Novosibirsk: Nonparel, 2004. P. 77-82.

29. Генералов H.A., Горбуленко М.И., Зимаков В.П., Соловьев Н.Г., Якимов М.Ю. Получение и применение высококачественных негауссовых пучков мощных технологических СОг-лазеров // Известия РАН. Серия физическая. 1997. Т. 61. №8. С. 1554-1559.

30. De Silvestri S., Laporta P., Magni V. Laser output coupler based on a radially variable interferometer // Journal Optical Society of America. A. 1987. V. 4. No 8. P. 1413-1418.

31. Yasui K., Tanaka S., Yagi S. Unstable resonator with phase-unifying coupler for high power lasers // Applied Physics Letters. 1988. V.52. No 7. P. 530531.

32. Takenaka Y., Nishimae J., Tanaka M., Motoki Y. Gauss-core resonator for high speed cutting of thin metal sheets // Optics Letters. 1997. V. 22. No 1. P. 37-39.

33. Михеев П.А., Николаев В.Д., Шепеленко А.А. Неустойчивый резонатор о полупрозрачным выходным зеркалом для быстропроточного СО2-лазера// Квантовая электроника. 1992. Т. 12. N 5. С. 456-460.

34. Galushkin M.G., Golubev V.S., Korotchenko A.V., Zabelin A.M. Physical and technical factors determining beam quality of high-power fast-transverse-flow industrial lasers // Proc. SPIE. 1996. V. 3092. P. 134-137.

35. Du K., Biesenbach J., Ehrlichmann D. Lasers for material processing: specifications and trends // Optical and Quant. Electronics. 1995. V.27. P.1089-1102.

36. Rofin. Products. Rofin DC Series // URL: http://www.rofm.com/en/ products/co2__lasers/slab_laser/dc_series/ (дата обращения 01.03.2010).

37. Gobbi P.G., Morosi G.C., Reali G.S., Zarkasi Z. Novel unstable resonator

1

configuration with a self filtering aperture: experimental characterisation of the Nd:YAG loaded cavity // Applied Optics. 1985. V. 24. No 1. P. 26.

38. Luches A., Nassisi V., Perrone M. R. Experimental characterisation of a self-filtering unstable resonator applied to a short pulse XeCl laser // Applied Optics. 1989. V. 28. No 11. P. 2047-2051.

39. Lazzaro P. Di, Hermsen Т., Letardi Т., Zheng G.E. Self-filtering unstable resonator: an approximate analytical model with comparison to computed and XeCl laser experimental results // Optics communications. 1987. V. 61. No 6. P. 393-396.

40. Barbini R., Ghigo A., Giorgi M., Iyer K. N., Paluooi A., Ribezzo S. Injection-locked single-mode high-power low-divergence TEA C02-laser using SPUR configuration // Optics communications. 1986. V. 60. No 4. P. 239-241.

41.Siegman A. E. Performance limitations of the self-filtering unstable resonator // Optics Communications. 1992. V. 88. Issues 4-6. P. 295-297

42. Agnesi A., Gobbi P.G., Reali G., Tomaselli A. Self-Filtering Unstable Resonator: A Novel Resonator Concept // Advances in Laser and Optics Research, V. 2. W.T. Arkin, ed. New-York: Nova Science Publisher, 2002. P. 145-175.

43. Gobbi P.G., Reali G.G. Mode analysis of a gaussian transmission aperture // Optics Communications. 1986. V. 57. No 5. P. 355-359.

44. Gobbi P.G., Reali G.C. Numerical study of a self filtering unstable resonator //Proc. SPIE. 1985. V. 540. P. 119-123.

45. LIA Handbook of Laser Material Processing. J.F. Ready, ed. in chief. Orlando: LIA Magnolia Pablishing Inc., 2001. 715 p.

46.Абильсиитов Г.А., Велихов Е.П., Голубев B.C., Лебедев Ф.В. Перспективные схемы и методы накачки мощных С02-лазеров для технологии (обзор) // Квантовая электроника. 1981. Т. 8. № 12. С. 25172540.

47. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. 592 с.

48.Козлов Г.И., Кузнецов В.А. Многолучевой технологический С02 лазер непрерывного действия мощностью 10 кВт «ИГЛАН-10» // Квантовая электроника. 1989. Т. 16. № 7. С. 1360-1363.

49.Абильсиитов Г.А., Бондаренко А.И., Васильцов В.В., Голубев B.C., Гонтарь В.Г., Забелин A.M., Низьев В.Г., Якунин В.П. Промышленные технологические лазеры НИЦТЛ АН СССР // Квантовая электроника. 1990. Т. 17. №6. С. 672-676.

50. Laser Technology. Products. TruFlow // URL: http://www.trumpf-aser.com/en/ products/cosub2sub-lasers/flow-lasers.html (дата обращения 01.03.2010).

51.O'Neill W., Steen W. M. A review of theoretical models of laser cutting // Lasers in Engineering. 1994. No 3. P. 281-299.

52. Gobbi P.G., Reali G. C. Stable telescopic resonators, unstable resonators and new cavity designs applied to high energy laser engineering // Proceedings of SPIE. 1984, V. 492. P. 68.

53. Yasui K., Kuzumoto M., Ogawa S., Tanaka V., Yagi S. Sile nt-discharge exited TEMoo 2,5 kW C02-laser // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1989. V. 25. No 4. P. 836-840.

54. Соколов A.B. Оптические свойства металлов. M.: Физматгиз, 1961. 464 с.

55. Takhasaki Т., Kakisaki К., Sasaki N., Sakuma J. 10 kW C02-laser for material processing //Proceedings of SPIE. 1986. V. 610. P. 50.

56. Hauck R., Hodgson N., Weber H. Losses and mode structure of unstable resonators with spherical mirrors // Journal of Applied Physics. 1988. V. 63. No. 3. P. 628-633.

57. Волков В. Л., Денисенко А. А., Закревский С. И., Иванченко А. И., Коба А. П., Лысенко К.Л., Пономаренко А.Г. Система накачки с высокими удельными энергетическими характеристиками для технологического С02-лазера // Квантовая электроника. 1989. Т. 16. № 11. С. 2234.

58. Armandillo Е., Kay A.S. Modelling of transverse-flow CW C02-lasers: theory and experiment // J. phys. D: Appl. Phys. 1980 V. 13. P. 321.

59. A.A. Шепеленко. Исследование тлеющего разряда в потоке газа в условиях быстропроточного С02-лазера. Автореферат канд. дис. Новосибирск, 1983.

60. Triebel W., Ose G. Michel E.„ Petrich A. Experimental and theoretical investigation of a transverse flow cw C02-laser // Proceedings of SPIE. 1988. V. 1031. P. 41-47.

61. Gadiyak G.V., Dobrivskii A.L., Nasirov K.A.. An application of multlpassed self-filtering unstable resonator in high power gas-discharge C02-laser // IV National conference «Lasers and their applications»: Abstracts. Plovdiv, Bulgaria, 1990. P. 26.

62. Иванченко А.И, Крашенинников В.В., Пономаренко А.Г., Шулятьев В.Б. Самофильтрующий резонатор в С02-лазере непрерывного действия // Квантовая электроника. 1989. Т. 16. № 2. С. 305-307.

63. Грачёв Г.Н., Иванченко А.И., Смирнов А.Л.,. Шулятьев В.Б. Неустойчивый резонатор с пространственной фильтрацией излучения в технологическом С02-лазере // Квантовая электроника. 1991. Т. 18. № 1.С. 131.

64. Иванченко А.И., Крашенинников В.В., Пономаренко А.Г., Шулятьев В.Б.. Самофильтрующий неустойчивый резонатор для СО2- лазера // III Всесоюзная конференция «Применение лазеров в народном хозяйстве»: тезисы. Шатура, 1989. С. 23.

65. Иванченко А.И., Крашенинников В.В., Смирнов А.Л., Шулятьев В.Б.. Технологический С02-лазер мощностью 3 кВт с высоким качеством излучения // V Международный семинар «Применение лазеров в науке и технике»: Материалы. Новосибирск, 1992. С. 153.

66. Grachev G.N, Ivanchenko A.I., Ponomarenko A.G., Shuljat'ev V.B.. 3 kW high quality beam CW C02- laser with line tuning and Q-switched pulsing capabilities //Proceedings of SPIE. 1994. V. 2257. P. 106-108.

67. Иванченко А.И., Крашенинников B.B., Смирнов А.Л., Шулятьев В.Б. Технологический С02- лазер мощностью 3 кВт с высоким качеством излучения // Квантовая электроника. 1994. Т. 21. № 7. С. 643-646.

68. Иванченко А.И, Шулятьев В.Б. Проточный газовый лазер // Патент на изобретение РФ № 1702842 // Бюллетень: Изобретения. 1993. № 2. С.255.

69. Грачёв Г. Н., Иванченко А.И., Пономаренко А.Г., Шулятьев В.Б. Мощный быстроперестраиваемый С02-лазер с задаваемой спектрально-временной последовательностью линий генерации // Конференция «Оптика лазеров 93»: Тезисы, часть 1. Санкт Петербург, 1993. С. 131.

70. Грачёв Т.Н., Иванченко А.И., Лебедев В.В., Пономаренко А.Г., Стоянов С.А., Шулятьев В.Б. Одночастотный непрерывный ССЬ-лазер мощностью 2,5 кВт // Конференция «Оптика лазеров 98»: Тезисы, часть 1. Санкт-Петербург, 1993. С. 132.

71. Грачёв Г.Н., Иванченко А.И., Пономаренко А.Г. Импульсно-периодический режим модулированной добротности С02-лазера средней мощностью 2 кВт и пиковой до 500 кВт // Конф. «Оптика лазеров 93», Санкт-Петербург, 1993. Тезисы, часть 1. С. 130.

72. Иванченко А.И., Крашенинников В.В., Пономаренко А.Г., Шепеленко А.А. Компактный излучатель технологического С02-лазера // Квантовая электроника. 1985. Т. 12. № 10. С. 2155-2157.

73. Веденов А. А. Физика электроразрядных С02-лазеров. М.: Энергоатомиздат, 1982. 111 с.

74. Генералов Н.А., Зимаков В,П., Соловьёв Н.Г., Якимов М.Ю. Применение аподизированных зеркал в резонаторах мощных технологических лазеров // Конференция «Оптика лазеров 93»: Тезисы, часть. 1. Санкт-Петербург, 1993. С. 277.

75.Takenaka Y., Kuzumoto М., Yasul К., Yagi S., Tagashira M. High power and high focusing CW C02-laser using an unstable resonator with a phase-unifying output coupler // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1991. V. 27. No 11. P. 2482-2487.

76. Sona P., Fantini V., Ferrario A., Maggi C., Serri L., Garifo L., Reali G., Partini G. Highly focusable beams from a high-power C02 transverse flow laser with a self-filtering unstable resonator // Conference on Lasers and Electro-Optics: Papers. Anaheim, CA, USA, 1992. P. 608.

77. Козлов Г.И., Кузнецов В.А. Многолучевой технологический С02-лазер непрерывного действия мощностью 10 кВт "Иглан-10" // Квантовая электроника. 1989. Т. 16. № 7. с. 1360-1365.

78. Галушкин М.Г., Голубев B.C., Журавлёв Г.А., Панченко В.Я.. Влияние аберраций волнового фронта на свойства самофильтрующего неустойчивого резонатора в технологических С02-лазерах // Извеситя Академии наук. Сер. Физ. 1993. Т. 57. № 12. С. 69.

79. Yasuoka К. Characteristics and applications of new electrode system for high power C02-laser // Proceedings of SPIE. 1987. V.737. P.52-55.

80. Грачёв Г.Н., Третьяков П.К., Иванченко А.И., Крайнев В.Л., Пономаренко А.Г., Тищенко В.Н. Стабилизация оптического разряда в сверхзвуковом потоке аргона // Доклады академии наук. Физика. 1994. Т. 336. № 4. С. 466-467.

81. Крашенинников В.В. Исследование и разработка быстропроточных

технологических С02- лазеров мощностью 1-5 кВт. Дисиссертация ... кандидата технических наук. Новосибирск, 1987. 125 с.

82. Golubev V.S. Research of some new ways to improve the efficiency and optical quality of industrial C02-lasers / W.J. Witteman, V.N. Ochkin (eds) // Gas Lasers - Recent Developments and Future Prospects. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1996. P. 249-253.

83. Generalov N.A., Gorbulenko M.I., Solov'yov N.G, Yakimov M.Yu., Zimakov V.P. High-power industrial C02-lasers excited by a nonself-sustained glow discharge / W.J. Witteman, V.N. Ochkin (eds) // Gas Lasers -Recent Developments and Future Prospects. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1996. P. 323-327.

84. Прохоров A.M. О молекулярном усилителе и генераторе на субмиллиметровых волнах//ЖЭТФ. 1958. Т. 34. С. 1658-58.

85. Shawlow A.L., Townes C.N. Infrared and optical masers // Physical Review. 1958. V. 112. P. 1940-1949.

86. Fox A.G., Li T. Resonant modes in a maser interferometer // Bell System Technical Journal. 1961. V.40, P. 453-488.

87. Kogelnik H., Li T. Laser Beams and Resonators // Proceedings of the IEEE. 1966. V. 54. P. 1312-1329.

88. Siegman A.E.. Unstable optical resonators for laser application // Proceedings of the IEEE. 1965. V.53. P.277-287.

89. Быков В.П., Силичев О.О. Лазерные резонаторы. М.: Физматлит, 2003. 320 с.

90. Takenaka Y., Nishimae J., Tanaka M., Motoki Y. Gauss-core resonator for ; high speed cutting of thin metal sheets // Optics Letters. 1997. V. 22. No 1. P.

37-39.

91. Galushkin M.G., Golubev V.S., Korotchenko A.V., Zabelin A.M. Physical and technical factors determining beam quality of high-power fast-transverse-flow industrial lasers// Proceedings of SPIE. 1996. V. 3092. P. 134-137.

92. Golishev A.P., Ivanchenko A.I., Orishich A.M., Shulyat'ev V.B. Industrial C02-lasers of power up to 10 kW with high quality radiation// Proceedings of SPIE. 2001. V. 4184. P.414-41.

93. Афонин Ю.В., Голышев А.П., Иванченко А.И., Малов А.Н., Оришич A.M., Печурин В.А., Филев В.Ф., Шулятьев В.Б. Генерация излучения с качеством ТЕМоо моды в непрерывном С02-лазере мощностью 8 кВт // Квантовая электроника. 2004. Т. 31. № 4. С. 307-310.

94. Малов А.Н., Малов Н.А., Оришич A.M., Шулятьев В.Б., Печурин В.А., Филев В.Ф. Резка толстых металлических пластин излучением С02-лазера с самофильтрующим резонатором. 5 Международная конференция «Лазерные технологии и средства их реализации»: Т руды. Санкт-Петербург, 2005. С. 39-47.

95. Fomin V.M., Folev V.F., Pechurin V.A., Orishich A.M., Golyshev A.P., Malov A.N., Afonin Yu. V., Shulyatiev V. B. High power high beam quality industrial C02-lasers and material processing systems // XII International Conference on the Method of Aerophysical Research: Proceedings, part III. Novosibirsk, Russia, 2004. P. 65-70.

96. A.P. Golyshev, A.N. Malov, A.M. Orishich, V.B. Shulyat'ev, V.A. Pechurin, V.F. Filev. Application of the high-power continuous-wave C02-laser with

i f

self-filtering resonator to cutting of metal plates // Proceedings of SPIE. 2005. Vol. 5777. P. 446-451.

97. Afonin Yu.V., Filev V.F., Ivanchenko A.I., Golyshev A.P., Malov A.N., Orishich A.M., Pechurin V.A., Shulyat'ev V.B., Shikhalev E.G. Automated laser technological complex for cutting with irradiation power of 8 kWt // Proceedings of SPIE. 2004. V. 5479. P. 164-169.

98. Generalov N.A., Moskalev V.S, Solov'yov N.G., Yakimov M.Yu., Zimakov V.P. Beam quality and efficiency improvements of fast-transverse-flow C02-lasers with multiple-pass resonators // XII International Conference on the Method of Aerophysical Research: Proceedings, part III. Novosibirsk, 2004. P. 77-82.

99. Воронцов С.С., Гализин А.А., Грачёв Г.Н., Хабибуллин А.Р., Шулятьев В. Б. Измерительно-вычислительный комплекс для исследования параметров излучения и активной среди С02-лазеров // IV Всесоюзная конференция «Оптика лазеров»: Тезисы. Ленинград, 1984. С. 266.

100. Купренюк В.И., Клементьев С.И., Марусяк Н.В., Сергеев В.В., Смирнова Л.Д., Шехтман В.В. Исследование активной среды С02-лазера замкнутого цикла // Оптико-механическая промышленность. 1984. № 2. С. 8-11.

101. Бойчук Л.Н., Воронцов С.С., Грачёв Г.Н. Разработка аппаратуры и методов для диагностики активной среды, измерения и контроля параметров лазерных пучков, управления спектром излучения применительно к С02-лазерам // Мощные С02-лазеры для плазменных экспериментов и технологии. А.Г. Пономаренко, ред. Новосибирск: ИТПМ СО АН СССР, 1986. С. 46-51.

102. Siegman А.Е.,-Arrathoon R. Modes in unstable optical resonators and lens waveguides // IEEE Journal of Quant. Electronics. 1967. V. QE-3. No 4. P. 156-153.

103. Ананьев Ю.А., Шерстобитов В.Е. Влияние краевых эффектов на свойства неустойчивых резонаторов // Квантовая электроника. Н.Г. Басов, ред. 1971. № 3. С. 82-89.

104. Фомин В. М., Маликов А. Г., Оришич А. М., Шулятьев В. Б. Энергетические условия газолазерной резки толстых стальных листов // Прикладная механика и техническая физика. 2011. Т. 52. №3. С. 16-25.

105. Di Lazzaro P., Hermsen Т., Letardi Т., Zheng G.E. Self-filtering unstable resonator: an approximate analytical model with comparison to computed and XeCl laser experimental results // Optics communications. 1987. V. 61. No 6. P. 393-396.

106. Grekelberger A. New developments of СОг-high power lasers in multikilowatt range and their industrial production // Proceedings of SPIE. 1986. V. 610. P. 24-27.

107. Быков В.П., Силичев O.O. Лазерные резонаторы. М.: Физматлит, 2003. 320 с.

108. Fox A.G., Li Т. Resonant modes in a maser interferometer // Bell System Technical Journal. 1961. V.40. P. 453-458.

109. Булышев A.E., Ведерников Ю.А., Преображенский Н.Г. К расчёту характеристик лазерного резонатора // Квантовая электроника. 1980. Т. 7. № 5. С. 1093-1095.

110. Ананьев Ю.А., Аникичев С.Г., Горланов А.В. Эффекты краевой дифракции и насыщения усиления в линейном неустойчивом резонаторе с пространственной фильтрацией излучения // Оптика и спектроскопия. 1988. Т. 64. Вып. 4. С. 957-959.

111. Борн М., Вольф Э.. Основы оптики. М.: Наука, 1970. 856 с.

112. Rigrod W. Gain saturation and output power of optical masers // Journal of Applied Physics. 1963. V.34. P.2602-2609.

113. Ананьев Ю.А., Шерстобитов В.Е. Расчёт эффективности ОКГ с большими потерями на излучение // Квантовая электроника. Н.Г. Басов, ред. 1971. № 1. С. 91-97.

114. Chernin D.P. Optical extraction efficiency in lasers with high Fresnel number confocal unstable resonators // Applied Optics. V. 18. No. 21. P. 3562-3567.

115. Ананьев Ю.А., Ковальчук JI.B., Трусов В.П. Методика расчёта эффективности лазеров с неустойчивыми резонаторами // Квантовая электроника. 1974. Т.1. с. 1201-1206.

116. Хирд Г. Измерение лазерных параметров. М.: Мир, 1970. 352 с.

117. Шепеленко А.А., Шулятьев В.Б. Измерение расходимости излучения СОг-лазеров // Приборы и техника эксперимента. 1985. № 5. С. 157159.

118. Иванченко А.И., Шепеленко А.А. Устройство для измерения распределения интенсивности излучения // Авторское свидетельство СССР №646774, 1977.

119. Креопалова Г.В., Лазарева Н.А., Пуряев Д.Т. Оптические измерения. М.: Машиностроение, 1987. 264 с.

120. Malov A.N., Shulyatiev V.B. Measurement of the parameters of a focused beam of powerfull C02-laser // XII International Conference on the Method of Aerophysical Research: Proceedings, part III. Novosibirsk, 2004. P. 119-122.

121. Иванченко А.И., Крашенинников B.B., Шепеленко А.А., Шулятьев В.Б. Калориметрический преобразователь средней мощности лазерного излучения. Авторское свидетельство № 1226969. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений СССР 22.12.1985.

122. Громов А.Н., Шулятьев В.Б. Измеритель радиусов кривизны отражающих поверхностей//Приборы и техника эксперимента. 1987. №2. С. 212-214.

123. Afonin Yu. V., Ermolaev G. V., Malov A. N., Malov N. A., Orishich A. M., Pechurin V. A., Filev V. F., Shulyatyev V. B. Experimental study of gas-laser cutting of low-carbon steel // 12th International Conference on Methods of Aerophysical Research: Proceedings, Part 3. Novosibirsk, Russia, 2004. P. 3-9.

124. Голов B.K., Иванченко А.И., Крашенинников B.B., Пономаренко А.Г., Шепеленко А.А., Шулятьев В.Б. Технологический С02-лазер мощностью 2,5 кВт // Известия СО АН СССР. Сер. Техн. 1986. № 10. Вып. 2. С. 87-91.

125. Зайцев А.В., Ковалев О.Б., Оришич A.M., Фомин В.М., Шулятьев В.Б. Газодинамика лазерной резки толстолистовых металлических пластин непрерывным С02-лазерном // Вычислительные технологии. 2006. Т. 11. Часть 1. Специальный выпуск. С.74-83.

126. Зайцев А.В., Ковалев О.Б.,. Маликов А.Г, Оришич A.M., Шулятьев В.Б. Лазерная резка толстых стальных листов при использовании сверхзвуковой струи кислорода // Квантовая электроника. 2007. Т. 37. №9. С. 891-893.

127. Данилов В.И., Зуев Л.Б., Кузнецова Н.И., Малов А.Н., Оришич A.M., Фомин В.М., Шулятьев В.Б. Особенности лазерной резки листовой стали и мониторинг качества образцов после лазерного воздействия // Прикладная механика и техническая физика. 2006. Т. 47. №4. С. 176184.

128. Маликов А.Г., Оришич A.M., Шулятьев В.Б. Резка металлов излучением С02-лазера с самофильтрующим резонатором // Квантовая электроника. 2009. Т. 39. № 2. С. 191-196.

129. Маликов А.Г., Оришич A.M., Шулятьев В.Б. Экспериментальная оптимизация газолазерной резки толстых стальных листов // Квантовая электроника. 2009. Т. 39. № 6. с. 547-551.

130. Malikov A. G., Orishich A. M., Shulyatyev V. В.. Scaling laws for the laser-oxygen cutting of thick-sheet mild steel // International Journal of Machine Tools and Manufacturing. 2009. V. 49. No. 14. P. 1152-1154.

131. Фомин B.M., Маликов А.Г., Оришич A.M., Шулятьев В.Б. О законах подобия газолазерной резки толстых стальных листов. Доклады Академии Наук. Физика. 2009. Т. 428. №. 3. С. 325-329.

132. Шулятьев В.Б., Константинов С.А., Оришич A.M., Шихалев Э.Г., Иванченко А.И., Голышев А.П. Способ лазерной резки деталей из тонких листов // Патент на изобретения РФ № 2225782. Бюллетень: Изобретения. Полезные модели. 2004. №8. С. 693.

133. Оришич A.M., Фомин В.М., Шулятьев В.Б., Ермолаев Г.В., Зайцев А.В., Ковалев О.Б., Маликов А.Г., Юдин П.В. Способ резки толстых металлических листов // Патент на изобретение РФ №2350445. Бюллетень: Изобретения. Полезные модели. 2009. № 9.

134. Orishich А. М., Malikov A. G., Shulyatyev V. В. Scaling Laws for the Reactive-gas Laser Cutting of Thick Steel Sheets // 28 Int. Congress on Applications of Lasers and Electro-Optics ICALEO 2009: Proceedings. Orlando, FL, USA, 2009. P. 276-280.

135. Orishich A. M., Shulyatyev V. В., Malikov A. G. Experimental search of scaling laws for laser-oxygen cutting of mild steel based on similarity criteria // VI International Symposium «Laser Technologies and Lasers, LTL 2009». Smolyan, Bulgaria, 2009.

136. Маликов А.Г., Оришич A.M., Шулятьев В.Б. Энергетические условия газолазерной резки толстых стальных листов // III Всероссийская конференция «Взаимодействие высококонцентрированных потоков

энергии с материалами в перспективных технологиях и медицине»: Тезисы. Новосибирск: Сибирское научное издательство, 2009. С. 105106.

137. Маликов А.Г., Оришич A.M., Шулятьев В.Б. Законы масштабирования для газолазерной резки низкоуглеродистой стали с минимальной шероховатостью // III Всероссийская конференция Взаимодействие высококонцентрированных потоков энергии с материалами в перспективных технологиях и медицине: Тезисы. Новосибирск: Сибирское научное издательство, 2009. С. 107-108.

138. Malov A.N., Malikov A.G., Orishich A.M., V.B. Shulyatyev. Breakdown in a super- and subsonic air jet induced by the Q-switched C02-laser // 14th International Conference on the Methods of Aerophysical Research: Abstracts, part II. Novosibirsk, Russia, 2008. P. 107-108.

139. Malikov A.G., Orishich A.M, Shulyatyev V.B. Experimental; optimization of steel laser cutting with oxygen // 14th International Conference on the Methods of Aerophysical Research: Abstracts, Part II. Novosibirsk, Russia, 2008. P. 105-106.

140. Malov A.N.,. Orishich A.M, Shulyatyev V.B. High Power repetition. Rate Q

- switcher СОг-laser and its Application to Study the Optical Breakdown in a Supersonic Air Stream //Proceedins of SPIE. V. 7131. P. 71311P-1-7.

141. Ermolaev G.V., Kovalev O.B., Malikov A.G., Orishich A.M., Shulyatyev V.B., Zaitsev A.V. Principles of supersonic oxygen jet forming for LASOX cutting process // 27th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics "ICALEO-2008": Proceedings. Temecula, CA, USA, 2008. P. 623-627.

142. Малов A.H., Оришич A.M., Третьяков П.К., Фомин B.M., Шулятьев В.Б Мощный импульсно-периодический С02-лазер с оптомеханической модуляцией добротности // VIII Международная

конференция "Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул": Тезисы. Томск, 2007.

143. Orishich A.M., Shulyat'ev V.B., Grachev G.N., Trashkeev S.I., Statsenko P.A. Development of resonators for high-power C02-lasers. Proceedings of SPIE. V. 6735. P. 67350W.

144. Orishich A.M., Zaitsev A.V., Kovalev O.B., Malikov A.G., Shulyatyev V.B., Yudin P.V. Laser-assisted oxygen cutting of thick steel plates in supersonic flow // 13th International Conference on the Methods of Aerophysical Research ICMAR-2007: Proceedings, part. V. Novosibirsk,

2007. P. 120-124.

145. Смирнов A.JI., Шулятьев В.Б. Численное и экспериментальное исследование самофильтрующего неустойчивого резонатора применительно к проточному С02 лазеру // Моделирование в механике. Новосибирск: ИТПМ СО АН СССР, 1988. Т. 2. № 6. С. 115120.

146. Фомин В.М., Маликов А.Г., Оришич A.M., Шулятьев В.Б. Подобие тепловых потоков при лазерно-кислородной резке стали // Доклады Академии Наук. Физика. 2011. Т. 436. №2. С. 1-4.

147. Orishich A.M., Kovalev О. В., Malikov A.G., Shuliatyev V.B., Yudin P.V., Zaitsev A.V. Double-nozzle control of a subsonic gas flow in the conditions of gas-laser cutting// 27th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics «ICALEO-2008», Proceedings. Temecula, CA USA,

2008. P. 611-614.

148. Grachev G.N., Ponomarenko A.G., Smirnov A.L., Shulyatyev V.B. Multifunctional 3 kW C02-laser with controllable spectral and temporal characteristics for industrial and scientific applications // Proceedings of SPIE. 2000. V. 4165. P. 185-196.

149. Fomin V. M, V. F. Filev, V. A. Pechurin, A. M. Orishich, A. P. Golyshev, A. N. Malov, Afonin Yu. V., Shulyatyev V.B. High power high

beam quality industrial CO2 lasers and material processing systems 11 12th International Conference on the Methodth of aerophysical Research: Proceedings, Part III. Novosibirsk, Russia 2004. P. 65-70.

150. Orishich A M., Filev V. F., Pechurin V. A., Churin A.E., Malov A N., Shulyatyev V.B. Advances in industrial high power lasers (8 kW) for cutting of thick steel. International Conference on lasers, Applications, and Technologies «LAT 2005»: Proceedings. St. Petersburg, Russia, 2005. P. 111.

151. Afonin Yu.V., Filev V.F., Fomin V.M., Golyshev A.P., Kovalev O.B.,

Malikov A.G., Orishich A.M, Prikhod'ko Y.M., Fomichev V.P., Shulyatyev V.B. Spacing saving electric-discharge C02-laser with a high (up to 14 kW) radiation power, with convective cooling of the working medium and gas pumping by an extended disk fan // Proceedings of SPIE. 2006. V 6346. Part 1. P. 63461B-1.

152. Kovalev O.B., Orishich A.M., Petrov A.P., Yudin P.B., Shulyatyev V.B. Laser cutting of thick material: physical modeling and process visualization // IX International Conference «Laser and Laser-Information Technologies: Fundamental Problems and Applications ILLA 2006» Smolyan, Bulgaria, 2006.

153. Kovalev O.B., Orishich A.M., Shulyatyev V.B. Development of high power (up to 14 kW) C02 lasers and their application to cutting and welding // IX International Conference «Laser and Laser-Information Technologies: Fundamental Problems and Applications ILLA 2006». Smolyan, Bulgaria, 2006.

154. Orishich A.M., Malikov A.G., Kovalev O.B., Zaitsev A.V., Shulyatyev V.B.

Gas dynamical aspects of laser assisted oxygen cutting of carbon steel // IX International Conference «Laser and Laser-Information Technologies: Fundamental Problems and Applications ILLA 2006». Smolyan, Bulgaria, 2006.

155. Оришич A.M., Шулятьев В.Б., Константинов С.А. Резка металлов излучением С02-лазера с самофильтрующим резонатором // Международная конференция «Лазерные и лазерно-информационные технологии: фундаментальные проблемы и приложения»: Тезисы. Владимир-Суздаль, 2001.

156. Afonin Yu.A., Golyshev А.Р., Maslov A.A., Konstantinov S.A., Orishich A.M., Ivanchenko A.I., Filev V.F., Shikhalev E.G., Shulyatyev V.B. An Automate Laser Technological Complex Based on 5 kW C02 Laser and its Metrological Support // Proceedings of SPIE. 2001. V. 4900. Part. 2. P. 929-934.

157. Powell J. C02-laser cutting. Berlin: Springer-Verlag, 1998. 248 p.

158. Оришич A.M. Технология лазерной обработки материалов // Высокоэнергетические процессы обработки материалов. Серия Низкотемпературная плазма. Новосибирск: Наука, 2000. С. 7 - 62.

159. Оришич A.M. Забелин A.M. Чирков А.Н. Лазерные технологии машиностроения. Новосибирск: Новосиб. Гос. Ун-т., 2004. 142 с.

160. Dahotre N. В., Harimkar S. P. Laser Fabrication and Machining of Materials. New York: Springer, 2008. 498 p.

161. Schulz W., Hertzler C. Cutting: modeling and data. In: Laser Physics and

Applications. Subvolume C: Laser Applications. R. Poprawe, H. Weber, G. Herziger, eds. Berlin: Springer-Verlag, 2004. P. 187-218.

162. Mahrle A., Beyer E. Theoretical aspects of fibre laser cutting // J. Phys. D: Appl. Phys. 2009. V. 42. P. 175507.

163. Black I. A Comparison of Severance Energies for Reactive C02 Laser Cutting of Mild Steel // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 1999. V. 15. P. 832-834.

164. Gross M. Comprehensive Numerical Simulation of Laser Material Processing // The Theory of Laser Material Processing, Dordrecht: Springer, 2009. P. 339-380.

165. Berger. M. New 1 Micron Laser Sources - High Brightness Tools for Industrial Applications. Proceedings of SPIE. 2006. V. 6346. P. 6346IS-1-9

166. Виттеман В. С02-лазер. M.: Мир, 1990. С. 79.

167. Rajaram N., Sheikh-Ahmad J., Cheraghi S.H. C02-laser cut quality of 4130 steel // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2003. V. 43. No. 4. P. 351-358.

168. Arata Y, Maruo H, Miyamoto I, Takeuchi S. Quality in laser-gas-cutting stainless steel and its improvement // Transactions of JWRI. 1981. V. 10. P. 129-139.

169. Duan J, Man H.C., Yue T.M. Modeling the laser fusion cutting process: I. Mathematical modeling of the cut kerf geometry for laser fusion cutting of thick Metal // Journal of Physics D: Applied Physics. 2001. V. 34. P. 2127-2134.

170. Duan J, Man H.C. Yue T.M. 2001. Modeling the laser fusion cutting process: II. Distribution of supersonic gas flow field inside the cut kerf // Journal of Physics D: Applied Physics. 2001. V. 34. P. 2135-2142.

171. Duan J, Man H.C., Yue T.M. 200 1. Mo deling the laser fusion cutting process: III. Effects of various process parameters on cut kerf quality // Journal of Physics D: Applied Physics. V. 34. P. 2143-2150.

172. Tani G, Tomesani L, Campana G. Prediction of melt geometry in laser cutting // Applied Surface Science. 2003. 208-209. P. 142-147.

173. Tani G., Tomesani L., Campana G., Fortunato A. Quality factors assessed by analytical modeling in laser cutting // Thin Solid Films. 2004. V. 53. P. 486-491.

174. V. G. Niziev, A. V. Nesterov. Influence of beam polarization on laser cutting efficiency. J. Phys. D: Appl. Phys. // 1999. V. 32. P. 1455-1461.

175. Vicanek M., Simon G., Urbassek H.M., Decker I. Hydrodynamical instability of melt flow in laser cutting // Journal of Physics D: Applied Physics. 1987. V. 20. V. 140-145.

176. Голубев B.C. О механизмах удаления расплава при газолазерной резке материалов // Современные лазерно-информационные и лазерные технологии. М.: Интерконтакт Наука, 2005. С. 209-215.

177. Schuocker D. Dynamic Phenomena in Laser Cutting and Cut Quality // Applied Physics B: Lasers and Optics. 1986. V. 40. P. 9-14.

178. Chen K., Yao Y.L., Modi V. Numerical simulation of oxidation effects in the laser cutting process // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 1999. V. 15. V. 835-842.

179. Gross M.S., Black I., Muller W.H. Determination of the lower complexity limit for laser cut quality modeling // Modeling and Simulation in Materials Science and Engineering. 2004. V. 12. P. 1237-1249.

180. Gross M.S., O1 Neil W. New aspects of melt flow phenomena through narrow kerfs // Journal of Physics D: Applied Physics. 2007. V. 40. 12011205.

181. Poprawe R., Loosen P., Hoffman H.-D. The future of High Power Laser Techniques. Proceedings of SPIE. 2006. V. 6346. P. 634602-1-13.

182. Beyer E., Brenner В., Morgenthal L. Laser beam application with high power fiber laser. Proceedings of SPIE. 2006. V. 6346. P. 63460U-1-7.

183. Himmer Т., Pinder. Т., Morgenthal L, Beyer E. High brightness lasers in citting applications // 26th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics «1СALEO-2007»: Proceedings. Orlando, FL, USA, 2007. P. 87-91.

184. Шангин B.A., Райцин A.M., Шангина И.И. Измерение энергетической расходимости лазерных пучков // Измерительная техника. 1983. N 3. С. 38.

185. Galushkin M.G., Golubev V.S., Korotchenko A.V., Zabelin A.M. Proceedings of SPIE. 1996. V. 3092. P. 134.

186. Powell J., Petring D., Kumar R.V., Al-Mashikhi S. O., Kaplan A.F.H., Voisey К. T. Laser-oxygen cutting of mild steel: the thermodynamics of

the oxidation reaction // Journal of Physics D: Appl.Phys. 2009. V. 42. P. 015504

187. Маликов А.Г., Оришич A.M., Шулятьев В.Б. Резка толстых стальных листов излучением С02-лазера // IV Всероссийская конференция «Взаимодействие высококонцентрированных потоков энергии с материалами в перспективных технологиях и медицине»: Доклады. Новосибирск: Нонпарель, 2011. С. 182-185.

188. Зайцев А.В., Ковалев О.Б., Оришич A.M., Фомин В.М., Шулятьев В.Б. Газодинамика лазерной резки толстолистовых металлических пластин непрерывным С02-лазерном // Вычислительные технологии. 2006. Т. 11,часть 1. Специальный выпуск. С.74-83.

• 189. Зайцев А.В. Численное исследование характеристик излучения и струйных течений газа на качество поверхности в технологиях газолазерной резки толстолистовых материалов. Дисертация ... кандидата физико-математических наук. Новосибирск, ИТПМ СО АН,

2007.

190. O'Neill W., Gabzdyl J.T. New developments in laser-assisted oxygen cutting // Optics and Lasers in Engineering. 2000. V. 34. P. 355-367.

191. Franke J, Schulz W, Herziger G. Burnoff-stabilized laser beam oxygen cutting - a new process // Welding and Cutting. 1993. V. 45 P. 490-493.

192. Gross M. S. On gas dynamic effects in the modelling of laser cutting processes// Applied Mathematical Modeling. 2006. V. 30. No. 4. P. 307318.

193. Li Y., Latham W.P., Kar A. Lumped parameter model for multimode laser Cutting // Optics and Lasers in Engineering. 2001. V. 35. P. 371-378.

194. Prusa J.M:, Venkitachalam G., Molian P.A. Estimation of heat conduction losses in laser cutting // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 1999. V. 39. P. 431-458.

195. Powell J. LIA Guide to Laser cutting. Orlando: Laser Institute of America,

2008. 104 p.

196. Майоров B.C., Майоров С.В., Стернин М.Ю. Компьютерные системы поддержки принятия решений для лазерных технологических процессов обработки материалов // Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок. В Л. Панченко, ред. М.: Физматлит, 2009. С. 509-519.

197. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964. С. 262.

198. Лойцанский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1978. С. 382.

199. Schulz W., Becker D., Franke J., Kemmerling R., Herziger G.. Heat conduction losses in laser cutting of metals // Journal of Physics D: Applied Physics. 1993. V. 26. P. 1357-1363.

200. Межгосударственный стандарт ГОСТ 2789-73 «Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики».

201. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки. М.: Изд. МГТУ им Н.Э. Баумана, 2008. 664 с.

202. Akitt D.R., Seguin H.J.J., Cervenan M.R., Nikumb S.K. Electronick mode and power control of a high-power C02-laser // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1990. V. 26. No. 8. P. 1413-1416.

203. Olsen F. An evaluation of the cutting potential of different types of high power lasers // 25th International Congress on Applications of Lasers and Electro-Optics «ICALEO 2006»: Proceedings. Miami, FL, USA, 2006. P. 188-196.

204. Schulz W., Marcus N., Epplet U., Kowalick K. Simulation of laser cutting //

The Theory of Laser Material Processing. Dordrecht: Springer, 2009. P. 339-380.

205. Ermolaev E. V., Kovalev O.B. Simulation of surface profile formation in

oxygen laser cutting of mild steel due to combustion cycles // Journal of Physics D: AppLPhys, 2009. V. 42. P. 185506.

206. Kovalev О. В., Yudin P.V., Zaitsev A.V. Formation of a vortex flow at the laser cutting of sheet metal with low pressure of assisting gas // Journal of Physics D: Appl. Phys. 2008. V. 41. No 15. P. 155112.

207. Orishich A.M., Malikov A.G., Shuliatyev V.B. C02-laser with self-filtering unstable resonator applied for cutting // 27th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics «ICALEO-2008»: Proceedings. Temecula, CA USA, 2008. P. 671-677.

208. Yudin P.V., Petrov. A.P., Kovalev O.B., A. M. Orishich Experimental investigation of specific features of supersonic gas-jet separation from the wall inside a plane channel and gas-dynamics of subsonic near-wall flow inside semi-limited slot // 13th International Conference on the Methods of Aerophysical Reasearch: Proceedings, Part IV. Novosibirsk, Russia, 2007. P. 210-213.

209. Зайцев A.B. Численные исследования влияния характеристик излучения и струйных течений газа на качество поверхности в технологиях газолазерной резки толстолистовых материалов. Диссертация ... кандидата физико-математических наук, ИТПМ СО РАН, Новосибирск, 2007.

210. O.B. Kovalev, P.V. Yudin, A.V. Zaitsev. Modeling of flow separation of assist gas as applied to laser cutting of thick sheet metal // Applied Mathematical Modelling. 2009. V. 33. No. 9. P. 3730-3745.

211. Yudin P. V., Petrov A. P., Kovalev О. B. Experimental modeling and high speed photographic studies of gas laser cutting of sheet metal // Proceedings of SPIE. 2007. V. 6279. P. 627917.

212. Kovalev О. В., Orishich A. M., Petrov A. P., Fomin V. M., Yudin P. V., Malov A. N., Ermolaev G. V. Modeling of the front of melting and

destruction of a melt film during gas-laser cutting of metals // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2004. V. 45. No. 1. P. 133— 141.

213. Юдин П.В. Экспериментальное моделирование динамики струйных течений газа и механизмов удаления расплава при газолазерной резке металлов. Диссертация ... кандидата физико-математических наук, ИТПМ СО РАН, Новосибирск, 2009.

214. Sobih М., Crouse P.L., Li L. Laser cutting of variable thickness materials -standing the problem // 25th International Congress on Applications of Lasers and Electro-Optics «ICALEO 2006»: Proceedings. Miami, FL, USA, 2006. P. 240- 247.

215. Riveiro A., Pou J., Lusquinos F., Boutinguiza M., Quintero F., Soto R., Comesana R., Perez-Amor M. Laser cutting of 2024-T3 aeronautic alluminium alloy // 25 th International Congress on Applications of Lasers, and Electro-Optics «ICALEO 2006»: Proceedings. Miami, FL, USA, 2006. P. 225-232.

216. Макашов H.K., Асмолов E.C., Блинков B.B., Борис А.Ю., Бузыкин О.Г., Бурмистров А.В., Грязнов М.Р., Макаров В.А. Газогидродинамика резки металлов непрерывным лазерным излучением в инертном газе // Квантовая электроника. 1992. Т. 19. № 9. С. 910-915.

•217. Fuss W., Loosen P., Maerten О., Schmid W.E. Scaling of high-repetition-rate Q-switched C02-lasers for industrial applications. Proceedings of SPIE. 1993. V. 1818. P. 79-83.

218. Hamada N., Sakai T. High power Q-switched C02-laser based on fast axial gas flow system. Proceedings of SPIE. 1993. V. 1818. P. 53-56.

219. Малов A.H., Оришич A.M., Фомин B.M., Внучков Д.А., Наливайченко Д.Г., Чиркашенко В.Ф. Исследование структуры сверхзвуковых течений воздуха с подводом энергии от квазистационарного

оптического разряда // Известия Томского политехнического университета. 2010. Т. 317. № 4. С. 155-160

220. Zemskov K.I., Isaev A.A., Kazaryan М.А., Petrash G.G., Rautian S.G. Use of unstable resonators in achieving the diffraction divergence of the radiation emitted from high gain pulsed gas laser // Soviet Journal of Quantum Electronics. 1974. V. 4. P. 474.

221. Третьяков П.К., Грачев Г.П., Иванченко А.И. и др. Стабилизация оптического разряда в сверхзвуковом потоке аргона // Доклады Академии наук. Физика. 1994. Т. 336. № 4. С. 466.

222. Трашкеев С.И., Грачев Г.Н., Стаценко П.А. Пакет программ для расчёта резонаторных систем в трёхмерном приближении. VI Международная конференция «Прикладная оптика»: Труды, часть 3. Санкт-Птребург, 2004. С. 297-301.

223. Косарев В.А, Голубев B.C., Филиппова Е.О. Термический КПД и эффективный коэффициент поглощения энергии лазерного излучения при газолазерной резке низкоуглеродистой стали в струе азота и воздуха // Физика и химия обработки материалов. 2009. №6. С. 72-77.

224. Chen К., Yao Y. L., Modi V. Gas Jet - Workpiece Interactions in Laser Machining // Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2000. V. 122. P. 429-438.

225. Chen K., Yao Y. L., Modi V. Gas Dynamic Effects on Laser Cut Quality // Journal of Manufacturing Processes. 2001. Vol. 3. No. 1. P. 38-49.

226. Petring D., Schneider F., Norber W., Nazery V. The Relevance of Brightness for High Power Laser Cutting and Welding // 27th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics «ICALEO-2008»: Proceedings. Temecula, CA USA, 2008. P. 95-103.

227. O'Neill W., Steen W. M. A three-dimensional analysis of gas entrainment operating during the laser-cutting process. Journal of Physics D: Applied Physics. 1995. V. 28. P. 12-18.

228. Gonsalves J. N., Duley W. W. Cutting thin metal sheets with the cw C02 laser // Journal of Applied Physics. 1972. V. 43. No. 11. P. 4684-4687.

229. Ковалев О.Б., Оришич A.M., Фомин B.M., Шулятьев В.Б. Сопряженные задачи механики сплошных сред в процессах газолазерной резки металлов // Прикладная механика и техническая физика. 2001. Т.42. №6. С. 106-116.

230. Базылева И.О., Галушкин М.Г., Голубев B.C., Дубровина У.А., Карасев В.А. Термические потери в процессе газолазерной резки металлов // М:. Интерконтакт Наука, 2005. С. 221-227.

231. Miyamoto I., Maruo Н. Mechanism of Laser Cutting // Osaka University Department of Welding and Production Engineering Report, Osaka. IIWDoc. NIE-LCWG-88.011. 1988. P. 1-21.

232. Molian P. A. Dual-beam C02 laser cutting of thick metallic materials // Journal of Materials Science. 1993. V. 28. P. 1738-1748

233. Gonsalves J. N., Duley W. W. Cutting thin metal sheets with the cw C02-laser // Journal of Applied Physics. 1972. V. 43. No. 11. P. 4684 -4 687.

234. Бабенко В. П., Тычинский В. П. Газолазерная резка материалов // Квантовая'электроника. 1972. № 5. с. 3-21.

235. Вейко В.П., Либенсон М.Н., Червяков Г.Г., Яковлев Е.Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. М.: Физматлит, 2008. С. 174.

236. Седов Л. И. Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука, 1977. 440 с.

237. Дьюли У.У. Лазер ная технология и анализ материалов. М., "Мир", 1986. 504 с.

238. Карасёв В.А., Голубев B.C., Филиппова Е.О. Термический КПД и эффективный коэффициент поглощения лазерного излучения при газолазерной резке низкоуглеродистой стали в струе азота и воздуха. Физика и химия обработки материалов // 2009. № 6. С. 72-77.

239. Lutke M., Himmer Т., Wetzig A., Beyer E. Opportunities to enlarge the application area of remote-cutting. // 28th International Congress on Applications of Lasers and Electro-Optics «ICALEO 2009»: Proceedings.

2009, Orlando, FL, USA. P. 311-318.

240. Stamnes J.J., Heier H., Ljunggren S. Encircled energy for systems with centrally obscured circular pupils // Applied Optics. 1982. V. 21. No. 9. P. 1628-1633.

241. Nesterov A. V., Niziev V. G. Laser beams with axially symmetric polarization // Journal of Physics D: Applied Physics. 2000. V. 33. P. 1817-1822.

242. Nesterov A. V., Nizievt V. G., Yakunin V. P. Generation of high-power radially polarized beam // Journal of Physics D: Applied Physics. 1999. V. 32. P. 2871-2875.

243. Зайцев A.B., Ковалев О.Б., Оришич A.M., Фомин B.M. Численный анализ влияния типа поляризации ТЕМоо-моды излучения на форму поверхности реза при лазерной резке толстых листов металла. Квантовая электроника // 2005. Т. 35. № 2. С. 200-204.

244. Демин В.Н., Грачев Г.Н., Смирнов A.JI., Бакланов A.M. Лазерный плазмохимический синтез нанокомпозитных покрытий карбонитрида кремния на конструкционных материалах // III Всероссийская конференция по наноматериалам «НАНО-2009»: Тезисы. Екатеринбург, 2009. С. 831-833.

245. Bagayev S.N., Grachev G.N., A.G. Ponomarenko, Smirnov A.L., Demin V.N., Okotrub A.V., Baklanov A.M., Onischuk A.A. A new method of laser-plasma synthesis of nanomaterials. First results and prospects // International Conference ICONO/LAT 2007: Pres. L02/II-2. Minsk, Belarus, 2007.

246. Гухман A.A. Введение в теорию подобия. М.: Издательство ЛЕСИ,

2010. 328 с.

247. Кутателадзе С.С. Анализ подобия и физические модели. Новосибирск: Наука, 1986. 295 с.

248. Hsu M.J., Molian P.A. Thermochemical modeling in C02-laser cutting of carbon steel. Journal of Material Science// 1994. V. 29. P. 5607-5611.

249. Poprawe R. Modeling, Monitoring and Control in High Quality Laser Cutting//Annals of the CIRP. 2001. V. 50/1. P. 137-140.

250. Голубев B.C. Механизмы удаления расплава при лазерной резке материалов // Глубокое каналирование и филаментация мощного лазерного излучения в веществе. В.Я. Панчекно, ред. М: Интерконтакт Наука, 2009. С. 103-143.

251. Ivarson A., Powell J., Kamalu J., Magnusson С. The oxidation dynamics of laser cutting of mild steel and the generation of striations on the cut edge // Journal of Materials Processing Technology. 1994. V. 40. P. 359374.

252. Joardar A., Tsai H. L. Striation phenomena in oxygen-assisted cutting of steels // NSF Workshop on Unsolved Problems and Research Needs in Thermal Aspects of Material Removal Processes: Proceedings. Stillwater, OK, 2003. P. 1-15.

253. Пугачёва Н.Б., Смирнов C.B., Ермолаев Г.В., Ковалёв О.Б., Оришич A.M. Микроструктура поверхности и особенности моделирования физико-химических процессов при кислородно-лазерной резке конструкционных сталей // Физика и химия обработки материалов. 2010. № i.e. 15-22.

254. Amulevicius A., Mazeika К., Sipavicius С. Oxidation of Stainless Steel

Ci

by Laser Cutting // Acta physica polonica A. 2009. V. 115. No. 5. P. 880885.

255. Crouch A.G., Hay K.A., Pascoe R.T. Iron oxides-Phase relationships in iron oxides at oxygen pressures up to 53 bar // Nature Physical Science. 1971. V. 34.No.50. P.132-133.

256. Физические величины. Справочник. Григорьев И.С., Мейлихов И.З, Ред. М.: Энергоатомиздат, 1991. С. 293.

257. Cabanillas Е. D., Creus М. F., Mercader R. С. Microscopic spheroidal particles obtained by laser cutting // Journal of Materials Science. 2005. V. 40. p. 519-522.

258. Tirumala Rao В., Nath A. K. Melt flow characteristics in gas-assisted laser cutting // Sadhana. 2002. V. 27. Part 5. P. 569-575.

259. Jorgenson H., Olsen F.O. Experimental Investigation of Relations Between Adjustable Process Parameters and Quality Parameters in C02 Laser Cutting // Lasers in Engineering. Laser 91. W.W. Waidelich, ed. SpringerVerlag, 1991.

260. Sobih M., Crouse P.L., Li L. Elimination of striation in laser cutting of mild steel // 26th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics «ICALEO-2007»: Proceedings. Orlando, FL, USA, 2007. P. 786794.

261. ISO 9013: 2002. Резка тепловая. Классификация резов, полученных тепловым способом. Геометрические характеристики изделий и flonycKH.URL:http://www.iso.org/iso/ru/catalogue_detail.htm?csnumbe г=29998 (дата обращения 21.05.2010).

Смещение оси резонатора при наклоне зеркал

При наклоне зеркал на малые углы с достаточной для практики точностью можно считать, что ось пучка совпадает с геометрической осью резонаторе. Геометрическая ось - прямая, проходящая через центры кривизны зеркал резонатора, в случае плоского зеркала ось нормальна к его поверхности. В невозмущённом состоянии ось проходит через центры апертур зеркал. Поворот оси и смещение пятен при наклоне зеркала СФР показано на рис. П1.1.

Рис. П1.1. Поворот оси резонатора и смещение пятен при наклоне зеркала СФР.

Приняты следующие обозначения: О], 02 - центры кривизны зеркал 1 и 2, О - общая фокальная точка зеркал 1 и 2, Яь Яг - радиусы кривизны зеркал 1 и 2,

фокусные расстояния зеркал 1 и 2, Ь = ^ + = длина резонатора, Р; - угол наклона зеркала 1,

ф! - угол поворота оси резонатора при наклоне зеркала [, Ьу - смещение пятна на зеркале 1 при наклоне зеркала М = 1^/112 - увеличение резонатора.

На рис. П1.1. показан поворот зеркала 1. При характерных для СФР значениях параметров резонатора можно пренебречь стрелкой прогиба 8 по сферической поверхности зеркал на диаметре зеркала по сравнению с радиусом К кривизны зеркала. В условиях мощного технологического С02-

.г-29в

лазера Я = 10...20 м, Э ~ 50 мм. Этому соответствует относительная величина стрелки прогиба 5Л1 = (Ш1)2/8 = (1...4)10"6. При малых углах наклона зт((3, ср) ~ р, ф. Это значительно упрощает расчёты. Соотношения для угла наклона оси резонатора <р1 и смещения пучка на зеркале М2 при наклоне зеркала М1 выглядят следующим образом:

ОЛ = ,

^ Л1-/1+/2 И1М+1'

м м

Л21 = Ф1Й2 = 2^2 7777 = 4^-

М+1 (м+1)2'

Также могут быть получены величины фЬ Ь1ь 1112, Ь22, для СФР.

Наклон оси и смещение пятен в устойчивом и неустойчивом телескопическом резонаторах вычисляются по такой же методике. В неустойчивом телескопическом резонаторе одно из зеркал является выпуклым, фокус этого зеркала будет мнимым.

Технологические комплексы для резки на основе СОг-лазеров с СФР

Созданные в ИТПМ СО РАН АЛТК для резки листовых материалов близки по составу элементов и схеме построения. Ниже будет описан АЛТК на лазерно-технологическом участке в ИТПМ СО РАН (Рис. П.2.1). Состав комплекса:

1. Технологический С02-лазер мощностью 6 кВт с СФР.

2. Система транспортировки излучения.

3. Технологический Х/У стол.

4. Система управления столом и лазером.

5. Вспомогательные системы.

Рис. П.2.1. Автоматизированный лазерный технологический комплекс на основе СО2-лазера с СФР мощностью 6 кВт на лазерно-технологическом участке в ИТПМ СО РАН, г. Новосибирск.

Технологический СО?-лазер

Разрядная система лазера включает два разрядных промежутка в общем газовом потоке. Поток газа, направления электрического тока и излучения в

резонаторе взаимно перпендикулярны. Общее описание устройства излучателя лазера дано в разделе 1.4 главы 1.

В лазере используется самофильтрующий резонатор с коэффициентом увеличения 4,5. Схема резонатора приведена в главе 3 на рисунке 3.3. В каждом из разрядных промежутков луч в большом плече совершает по три прохода по активной среде по Z-образной схеме. Зеркала резонатора установлены на медных радиаторах. Зеркальные узлы и скамья резонатора охлаждаются водой, температура которой поддерживается постоянной в пределах +/- 0,3°С при помощи термостата. Система охлаждения является общей для резонатора и внешней оптики.

Всего резонатор содержит 12 зеркал, 8 плоских и 4 сферических. Из одного разрядного промежутка в другой- луч переводится при помощи двугранного уголкового отражателя. Уголковый отражатель установлен также в малом плече резонатора. Рёбра отражателей параллельны* между собой и наклонены под углом 45° к горизонтали. Таким образом создаётся анизотропия коэффициента отражения, необходимая для задания линейной поляризации выходного пучка также под углом 45° к горизонтали. Лазер генерирует пучок излучения диаметром 50 мм. Выводное зеркало-диафрагма является вогнутым сферическим и образует со стоящим за ним в направлении хода луча выпуклым зеркалом телескоп, который уменьшает

ч

диаметр пучка до 35 мм. Пучок выводится из разрядной камеры через выходное окно из ZnSe с пониженным поглощением (менее 0,15%) фирмы II-VI, марка МР-5. В резонаторе лазера и во внешнем оптическом тракте используются плоские медные зеркала фирмы II-VI. Кремниевые сферические зеркала изготовлены на оптическом участке ИПЛИТ РАН. С тыльной стороны зеркала имеют механический и тепловой контакт с металлическими радиаторами, которые охлаждаются водой от термостата.

Для настройки углового положения концевых зеркала резонатора

используются высокоточные стабильные механические узлы 5ВМ57 фирмы

«Standa». Дискретность подачи электромеханических винтов равна 0,156

299

мкм, что обеспечивает при повороте зеркала дискретность угла 2,6*10"6 рад. Плиты с зеркалами соединены стержнями из сплава 32НКД с малым температурным коэффициентом линейного расширения. Плиты-основания зеркал и стержни резонатора термостабилизированы. Вся конструкция резонатора установлена на резинометаллических амортизаторах.

Система транспортировки излучения.

Система включает плоские поворотные зеркала и согласующий телескоп из двух вогнутых сферических зеркал. Плоские зеркала изменяют направление распространения излучения на 90°. В качестве таких зеркал используются зеркала TRZ (Total Reflector Zero). Сдвиг фазы между S и Р компонентами поляризации, возникающий при отражении лазерного пучка от такого зеркала, близок к нулю. Зеркала оптимизированы для угла падения 45°. Благодаря наличию зеркал TRZ излучение при распространении по оптическому тракту сохраняет плоскую поляризацию. Зеркала оптического тракта охлаждаются водой с постоянной температурой. Весь оптический тракт закрыт герметичным кожухом. Внутрь кожуха нагнетается очищенный осушенный воздух для создания избыточного давления и предотвращения попадания пыли.

В оптическом тракте расположен пневматический затвор с программно управляемым электрическим клапаном и измеритель мощности лазерного излучения.

Технологический стол.

Технологический стол — портального типа, построен по схеме

«летающая оптика» (лазерный резак перемещается в плоскости X/Y над

неподвижным листом). Механической основой стола является жёсткая

стальная рама с направляющими, по которым в направлении X движется

портал. На портале установлена движущаяся в направлении Y каретка, на

каретке закреплён лазерный резак. Портал и каретка приводятся в движение

сервоприводами B&R ACOPOS1022. На рабочей поверхности стола в поле

движения каретки расположен разрезаемый лист.

зоо

На каретке установлен лазерный резак фирмы «Precitec Group». Резак имеет металлический корпус, в котором имеются фокусирующая линза в оправе и газовое сопло. Линза снабжена устройством перемещения вдоль оси лазерного пучка для задания положения перетяжки пучка по отношению к поверхности разрезаемого листа. Расстояние между резаком и листом стабилизировано при помощи следящей системы на основе емкостного датчика. Перед резаком имеется поворотное фазосдвигающее зеркало, которое преобразует плоскую поляризацию лазерного излучения в круговую.

Система управления

Система управления АЛТК предназначены для включения комплекса, установки режимов работы, автоматического управления работой и отключением лазера и технологического стола. Система управления построена на базе панели B&R Power Panel РР220. Промышленная панель управления РР200 оснащена жидкокристаллическим сенсорным экраном. К панели посредством интерфейса Ethernet Powerlink подключены три сервопривода B&R ACOPOS1022 для управления двигателями стола (перемещение каретки — ось Y, перемещение портала - ось X, осуществляется двумя двигателями). Посредством интерфейса Х2Х подключены модули ввода-вывода серии B&R Х20 и Х67, осуществляющие управление лазером и вспомогательными системами. Модули серии Х20 осуществляют ввод и вывод дискретных и аналоговых сигналов. Система ввода-вывода разделена на три группы: в двух

источниках питания и в шкафу управления.

Вспомогательные системы.

Все вспомогательные системы включены в контур системы управления комплексом.

Вакуумная система. Вакуумная система включает насос PVR-45, систему вакуумопроводов и клапанов. Система обеспечивает откачку объёма излучателя лазера от атмосферного давления перед напуском рабочей смеси газов, а также откачку газовой смеси во время работы лазера для частичного обмена.

Газовая система. Газовая система обеспечивает напуск рабочей смеси

газов лазера в вакуумный объём лазера и поддержание заданного давления

301

смеси в процессе работы лазера. В объём лазера напускаются в заданной пропорции газы С02, N2, Воздух, Не. Система также обеспечивает комплекс технологическими газами для резки. В системе используется осушитель воздуха IDF A3E-23 японской фирмы SMC. В качестве источника кислорода происходить используются криогенные сосуды VLC 185-МР.

Система охлаждения. Комплекс снабжён промышленной холодильной системой ВТХ-67-С2-К, использующей хладагент R-22. Лазер и другие непосредственно охлаждаемые компоненты установлены во внешнем, водяном контуре системы.

Система охлаждения оптики. Оптическая система лазера имеет собственную систему охлаждения на основе промышленного термостата ТТ-157-Е шведской фирмы «Tools-Temp AG».

Фотографии комплексов показаны на рисунках П.2.1 - П.2.5.

Рис. П.2.2. Автоматизированный лазерный технологический комплекс на основе С02-лазера с СФР мощностью 1,5 кВт в НПО «ЭЛСИБ», г. Новосибирск.

Рис. П.2.3. Автоматизированный лазерный технологический комплекс на основе СОг лазера с СФР мощностью 5 кВт в ОАО «НЗХК», г. Новосибирск.

Рис. П.2.4. Технологический С02 лазер с СФР мощностью 5 кВт в составе АЛТК в ЗАО «Улан-Удэстальмост», г. Улан-Удэ.

Рис. П.2.5. Участок лазерной резки с двумя АЛТК на основе лазеров с СФР мощностью 5 кВт в ООО «Элсиб-лазер», г. Новосибирск.

И ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

ПОЛК «НОВОСИБИРСКИЙ ЗАВОД

ХИМКОНЦЕНТРАТОВ»

Россия 630110, г. Новосибирск, улица Б. Хмельницкого, дом 94 телефон: [phone],74-83-46/факс: [phone] E-mail: [e-mail]. / www.nccp.oi

СПРАВКА

об использовании результатов научно-технической разработки

В ОАО «НЗХК» установлен и успешно эксплуатируется автоматизированный лазерный технологический комплекс (АЛТК) «ЛУЧ 1» для резки листовых материалов. Комплекс разработан по заказу ОАО «НЗХК» в ИТПМ СО1 РАН: В состав) комплекса входит С02 лазер мощностью 5 кВт. Оптический резонатор лазера создан на основе разработок сотрудника ИТПМ СО РАН Шулятьева В.Б;, обобщенных в его диссертационной работе ««Самофильтрующий неустойчивый резонатор в технологическом С02 лазере».

Комплекс используется для изготовления деталей из широкого круга металлических и неметаллических материалов как для нужд завода, так и для сторонних заказчиков. Использование АЛТК позволило расширить номенклатуру деталей, изготавливаемых механическим цехом, значительно сократить, технологический цикл изготовления многих деталей. Изготовление ряда, деталей стало возможным только после появления АЛТК. Лазерная резка оценена технологами ОАО «НЗКК» как перспективная технология обработки материалов, В настоящее время продолжаются работы по внедрению АЛТК в производственный процесс.

Зам. генерального директора по наз^кесГ

В.В. Рожков

EN ISO WO 1.2000-/1*001

131Я4Ш4// 1919441»

ТВЭЛ

@ELSEB

от

Научно-производственное объединение "ЭЛСИБ" открытое акционерное общество (нпо «элсиб» оао)

по проектированию, изготовлению и ремонту генераторов и крупных электрических машин

Россия, 6Э0068, г. Новосибирск, ул Сибиряков-Гвардейцев, 56 Тел. [phone], факс: [phone] E-mail: [e-mail] http://www.elsib.ru ОКПО 05757937 ОГРН 1025401300748 ИНН 5403102702 КПП 546050001

if- (C^-io* —^

VV ""•<>• J

№

Г

на №

Г

от

П

СПРАВКА

об использовании результатов научно-технической разработки

В 2001 году в НПО «ЭЛСИБ» ОАО установлен разработанный в ИТПМ СО РАН лазерный технологический комплекс для резки листовых материалов (АЛТК) на основе С02 лазера мощностью 1,5 кВт. В АЛТК использован С02 лазер мощностью 1,5 кВт. В лазере применен оптический резонатор, созданный на основе цикла работ сотрудника ИТПМ СО РАН Шулятьева В.Б. «Самофильтрующий неустойчивый резонатор в технологическом С02 лазере».

В мае 2001 г. АЛТК введен в опытно-промышленную, а затем — в промышленную эксплуатацию. Лазерный комплекс используется для изготовления деталей электрических машин из углеродистой стали, коррозионно-стойких и кремнистых электротехнических сталей, композиционных материалов. Использование АЛТК повысило технологический уровень производства, сократило сроки изготовления и стоимость деталей электрических машин. Положительный эффект достигнут благодаря высокой скорости и точности обработки. За время эксплуатации на комплексе освоено изготовление более двух тысяч наименований деталей. Руководство НПО «ЭЛСИБ» ОАО намерено расширять использование лазерных технологий в производственном процессе.

Заместитель генерального директора по науке и технике, исполнительный директор НПО «ЭЛСИБ» 01

А.М. Кручинин

Автор выражает искреннюю признательность ныне покойному д.т.н. Анатолию Ивановичу Иванченко, стоявшему у истоков создания мощных С02-лазеров лазеров «ЛОК» в ИТПМ СО РАН и много сделавшему для их развития. Значительная часть результатов настоящей работы была получена при участии и поддержке д.ф.-м.н. Анатолия Митрофановича Оришича. Основой для выполнения настоящей работы в значительной степени стали поставленные им исследования по лазерной обработке материалов и созданию лазерных технологических комплексов. Автор глубоко благодарен Анатолию Митрофановичу, а также научным сотрудникам, инженерам, и всему коллективу лаборатории 3 «Лазерные технологии».

Автор благодарит всех соавторов научных работ за сотрудничество и помощь.