ГОСТ EN 1011-6-2017. Межгосударственный стандарт. Сварка. Рекомендации по сварке металлических материалов. Часть 6. Лазерная сварка

Приложение B

(справочное)

 

СВОЙСТВА ЛАЗЕРНОГО ЛУЧА

 

Луч лазера может быть описан с помощью ряда параметров. Обычная практика базируется на математической модели, описывающей осесимметричный лазерный пучок с радиусом W_z, который является функцией позиции на оптической оси Z. Модель характеризуется тремя наборами параметров (см. рисунок B.1).

 

 

W₀ - радиус перетяжки пучка в позиции 1;

Z₀ - позиция перетяжки пучка; - угол расхождения

в удаленной области в позиции 2

 

Рисунок B.1 - Определение параметров распространения

пучка и формулы характеристик пучка

 

Для лазерных пучков, характеризуемых малым расхождением , применяется следующая формула:

 

(B.1)

 

Лазерный пучок характеризуется одним из двух параметров, K или M², определяемых, например, следующим образом:

 

(B.2)

 

где K - коэффициент распространения пучка;

M² - показатель отношения реального диаметра пучка к диаметру теоретического, дифракционно-ограниченного пучка.

Теоретический предел дифракционно-ограниченного пучка соответствует следующей формуле:

 

K = M² = 1. (B.3)

 

Другим, часто используемым, параметром является произведение параметров пучка:

 

(B.4)

 

Теоретически дифракционно-ограниченный пучок имеет распределение энергии, которое отвечает колоколообразной кривой (распределение Гаусса).

Дальнейшие определения и формулы приведены в других стандартах, например в EN ISO 11145.

K и M², равные 1, соответствуют теоретическим оптимальным значениям для фокусировки энергии лазерного пучка до минимально возможного диаметра.

Реальные лазеры отличаются от теоретических моделей. Отклонение от распределения Гаусса имеет место довольно часто, в частности для лазеров высокой мощности, а некоторые лазеры даже не генерируют круговой симметричный луч. Распределение энергии, например, в лазерном пучке лазеров высокой мощности с диодными матрицами крайне неравномерно.

Кроме того, практическое применение не всегда требует концентрированного пучка; например, сварка материалов больших толщин требует пучка с определенным диаметром в целях обеспечения плавления обеих кромок соединения (может образоваться зазор), а также во многих случаях, чтобы избежать, например, кристаллизационных трещин и контролировать степень пористости (см. основные положения настоящего стандарта, разделы, посвященные различным процессам).