Nghiên cứu ảnh hưởng của laser đến năng suất và chất lượng gia công

Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến năng suất và chất lượng trong gia công bằng tia laser, mang lại hiệu quả tối ưu cho sản xuất.

• Người hướng dẫn: GS. TS Trần Văn Địch
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Laser Đến Năng Suất Và Chất Lượng Gia Công
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học
• Năm xuất bản: 2006-2008
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LASER
• 1.1. Lịch sử phát triển
• 1.2. Cơ sở vật lý laser
• 1.3. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy phát laser
• 1.4. Buồng cộng hưởng
• 1.5. Bề phân kích thích
• 1.6. Các loại nguồn phát laser
• 1.7. Các thông số cơ bản của chùm laser
• 1.8. Các loại máy laser dùng trong công nghiệp
• 1.9. Quá trình tương tác giữa chùm tia laser và vật liệu gia công
• 1.9.1. Phương trình truyền nhiệt tổng quát
• 1.9.2. Điều kiện biên của sự truyền nhiệt
• 1.9.3. Phân bố nhiệt trong hồ toạ độ trô
• 1.9.4. Sự đốt nóng vật không có hiện tượng chuyển dịch pha
• 1.9.5. Sự đốt nóng vật liệu có sự chuyển dịch nhiều pha
• 2. CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG LASER TRONG CÔNG NGHIỆP
• 2.1. Ứng dụng laser để cắt vật liệu
• 2.1.1. Giới thiệu chung
• 2.1.2. Các thông số công nghệ của quá trình cắt bằng laser
• 2.1.3. Các phương pháp cắt vật liệu bằng laser
• 2.2. Ứng dụng laser để hàn vật liệu
• 2.2.1. Giới thiệu chung
• 2.2.4. Hàn kiểu lỗ khoá
• 2.2.5. Các thông số công nghệ của quá trình hàn bằng laser
• 2.3. Ứng dụng laser để nhiệt luyện và xử lý bề mặt
• 2.3.1. Giới thiệu chung
• 2.3.2. Các thông số công nghệ chính
• 2.4. Các ứng dụng laser khác
• 3. CHƯƠNG 3: CẮT VỚI TIA LASER CO2 - CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ẢNH HƯỞNG
• 3.1. Mối quan hệ giữa các tham số công nghệ
• 3.2. Ảnh hưởng của các tham số công nghệ lên chất lượng gia công
• 3.3. Sự ảnh hưởng của quá trình cắt bằng tia laser
• 3.3.1. Đường kính điểm hội tụ
• 3.3.3. Vật liệu gia công
• 3.3.4. Mô hình hóa quá trình gia công vật liệu bằng chùm tia Laser thông qua lý thuyết nhiệt
• 3.5. Đối tượng nghiên cứu khi gia công bằng laser
• 3.5.1. Đại lượng chất lượng bề mặt cắt và độ chính xác gia công - Đề riêng mạch cắt
• 3.5.2. Ảnh hưởng của các tham số công nghệ lên chất lượng cắt bằng tia laser
• 3.5.3. Lựa chọn đối tượng nghiên cứu
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CẮT KIM LOẠI TRÊN MÁY LASER LC1000 CO2-CNC
• 4.1. Thiết bị thí nghiệm
• 4.2. Thiết kế thí nghiệm
• 4.2.1. Mô hình định tính quá trình gia công cắt với tia laser
• 4.2.2. Thiết kế các thí nghiệm
• 4.3. Thực hiện thí nghiệm
• 4.3.1. Thí nghiệm thăm dò khả năng công nghệ của thiết bị
• 4.3.2. Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng đơn của một số thông số công nghệ đến chất lượng mạch cắt
• 4.4. Quy hoạch thực nghiệm và xây dựng mô hình toán học
• 4.4.1. Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng đồng thời của các thông số công nghệ đến quá trình cắt bằng tia laser
• 4.4.2. Thiết kế quy hoạch thực nghiệm
• 4.4.3. Lựa chọn các thông số công nghệ cần nghiên cứu
• 4.4.4. Qui hoạch thực nghiệm xác định mô hình toán học
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng quan về Laser Gia Công Lịch sử Cơ sở Vật lý

Kỹ thuật laser gia công đã có những bước phát triển vượt bậc, ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành kỹ thuật và công nghệ. Từ ứng dụng đơn giản trong đồ gia dụng đến công nghệ y sinh, truyền thông, khoa học quân sự, khoa học vật liệu, laser được sử dụng để gia công vật liệu trong chế tạo máy. Gia công bằng chùm tia có mật độ năng lượng cao là ưu thế lớn, thay thế một số phương pháp cắt gọt cơ học. Ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, đặc biệt vật liệu khó gia công như hợp kim cứng, gốm, composite. Khi gia công lỗ bằng laser, có thể gia công lỗ nhỏ cỡ micromet trên vật liệu, đặc biệt kim loại và hợp kim khó gia công, vùng ảnh hưởng nhiệt được kiểm soát tối đa. Laser có thể gia công lỗ nhỏ trong chi tiết vòi phun nhiên liệu, vòi phun bơm cao áp, các vi lỗ nâng cao hiệu ứng động lực học trên cánh máy bay. Nắm bắt và làm chủ công nghệ gia công bằng laser là nhiệm vụ quan trọng.

1.1. Lịch sử phát triển công nghệ gia công laser

Laser là viết tắt của Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation. Năm 1704, Newton mô tả ánh sáng là dòng hạt. Năm 1803, thí nghiệm giao thoa của Young chứng minh ánh sáng có tính chất sóng. Sau đó, lý thuyết điện từ của Maxwell diễn tả ánh sáng là dao động nhanh của trường điện từ. Nền tảng lý thuyết laser được Einstein đưa ra khi cho rằng ngoài bức xạ tự phát, còn tồn tại bức xạ cưỡng bức. Năm 1960, Maiman công bố laser Ruby. Từ 1962-1968, nhiều nghiên cứu cơ bản về laser được phát triển. Các loại laser bán dẫn, laser Nd-YAG, laser khí CO2, laser màu được phát minh. Sau 1968, laser được thiết kế và sản xuất với độ tin cậy và tuổi thọ cao. Giữa những năm 1970, laser được chế tạo để ứng dụng vào sản xuất như cắt, hàn, khoan, khắc dấu. Những năm 1980 và đầu 1990, laser được khám phá các ứng dụng liên quan đến bề mặt như xử lý nhiệt.

1.2. Cơ sở vật lý của laser gia công vật liệu

Laser là chùm bức xạ điện từ đơn sắc, hội tụ, bước sóng từ cực tím đến hồng ngoại. Laser có thể thực hiện được trong dải công suất từ rất thấp đến rất cao, mật độ công suất có thể đạt đến 10^12 W/cm^2, với cỡ vết gia công chính xác và thời gian tương tác rất ngắn. Laser được phân biệt với các dạng bức xạ điện từ khác ở đặc điểm chính là liên kết chặt chẽ (kết hợp), quang phổ thuần nhất (đơn sắc) và khả năng lan truyền theo đường thẳng (tính định hướng cao). Cơ sở lý thuyết của laser chính là tiền đề của Einstein phát biểu năm 1917. Khi có tương tác giữa ánh sáng với các nguyên tử vật chất sẽ xảy ra hiện tượng nguyên tử hấp thụ một lượng tử ánh sáng và xảy ra hai loại bức xạ là bức xạ tự phát và bức xạ cưỡng bức.

II. Ứng dụng Laser trong Công Nghiệp Tổng quan và Chi tiết

Ứng dụng của laser trong công nghiệp rất đa dạng và phong phú. Có thể kể đến các ứng dụng chính như cắt vật liệu, hàn vật liệu, nhiệt luyện và xử lý bề mặt, khoan, khắc, đánh dấu và nhiều ứng dụng khác. Mỗi ứng dụng đều có những đặc thù riêng về thông số công nghệ và yêu cầu kỹ thuật. Việc lựa chọn phương pháp gia công laser phù hợp phụ thuộc vào vật liệu, độ dày, hình dạng chi tiết, yêu cầu về độ chính xác và chất lượng bề mặt. Ví dụ, cắt laser được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô, hàng không vũ trụ, điện tử và y tế. Hàn laser được ứng dụng để hàn các chi tiết kim loại mỏng, các mối hàn yêu cầu độ bền cao và độ chính xác cao. Nhiệt luyện laser được sử dụng để cải thiện độ cứng bề mặt, chống mài mòn và tăng tuổi thọ của chi tiết.

2.1. Ứng dụng laser cắt và các thông số công nghệ

Cắt laser là quá trình sử dụng chùm tia laser hội tụ để làm nóng chảy, bốc hơi hoặc đốt cháy vật liệu, tạo thành vết cắt. Các thông số công nghệ quan trọng trong cắt laser bao gồm: công suất laser, tốc độ cắt, áp suất khí hỗ trợ, đường kính chùm tia, vị trí tiêu điểm. Điều chỉnh các thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng vết cắt, độ chính xác và năng suất gia công. Ví dụ, tốc độ cắt quá cao có thể dẫn đến vết cắt không hoàn toàn, trong khi tốc độ cắt quá thấp có thể làm cháy vật liệu. Áp suất khí hỗ trợ có vai trò thổi bay vật liệu nóng chảy, ngăn ngừa sự bám dính và oxy hóa.

2.2. Ứng dụng laser để hàn vật liệu và các thông số

Hàn laser là quá trình sử dụng chùm tia laser hội tụ để nung chảy và kết nối hai hoặc nhiều chi tiết kim loại lại với nhau. Ưu điểm của hàn laser là tốc độ hàn nhanh, vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ, biến dạng ít và chất lượng mối hàn cao. Các thông số công nghệ quan trọng trong hàn laser bao gồm: công suất laser, tốc độ hàn, chế độ xung, khí bảo vệ. Chế độ xung laser có thể được sử dụng để kiểm soát lượng nhiệt đầu vào, giảm thiểu biến dạng và cải thiện chất lượng mối hàn.

2.3. Xử lý bề mặt bằng laser gia công Nhiệt luyện tôi bề mặt

Laser được sử dụng để nhiệt luyện và xử lý bề mặt vật liệu. Công nghệ này tăng độ cứng, chống mài mòn và cải thiện tính chất cơ học của bề mặt chi tiết. Các thông số công nghệ chủ yếu bao gồm: công suất laser, tốc độ quét, đường kính chùm tia, lớp phủ bề mặt. Nhiệt luyện laser có thể được sử dụng để tạo ra các lớp bề mặt cứng trên các chi tiết máy móc, khuôn dập và dụng cụ cắt.

III. Ảnh hưởng của Tham Số Laser đến Chất Lượng Gia Công

Chất lượng gia công bằng laser chịu ảnh hưởng lớn bởi các tham số laser. Các tham số này bao gồm công suất laser, tốc độ cắt, tần số xung, bước sóng laser, và đường kính chùm tia. Mối quan hệ giữa các tham số này rất phức tạp và phụ thuộc vào vật liệu gia công, độ dày vật liệu và yêu cầu về chất lượng bề mặt. Việc tối ưu hóa các tham số laser là rất quan trọng để đạt được năng suất cao và chất lượng gia công tốt. Thử nghiệm và mô phỏng có thể được sử dụng để xác định các tham số laser tối ưu cho từng ứng dụng cụ thể.

3.1. Mối quan hệ giữa các tham số laser gia công

Các tham số laser có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Ví dụ, tăng công suất laser có thể cho phép tăng tốc độ cắt, nhưng cũng có thể làm tăng vùng ảnh hưởng nhiệt và làm giảm chất lượng bề mặt. Giảm tần số xung có thể làm giảm lượng nhiệt đầu vào, nhưng cũng có thể làm giảm tốc độ cắt. Việc điều chỉnh các tham số laser cần phải cân bằng giữa các yếu tố năng suất, chất lượng và chi phí.

3.2. Ảnh hưởng của các tham số laser lên chất lượng bề mặt

Các tham số laser ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt, độ chính xác kích thước, độ vuông góc và các khuyết tật bề mặt. Công suất laser quá cao có thể dẫn đến cháy cạnh, xỉ bám và độ nhám bề mặt cao. Tốc độ cắt quá thấp có thể làm tăng vùng ảnh hưởng nhiệt và làm giảm độ chính xác kích thước. Việc lựa chọn các tham số laser phù hợp là rất quan trọng để đạt được chất lượng bề mặt tốt.

3.3. Ảnh hưởng của vật liệu gia công laser đến thông số

Vật liệu có tính chất khác nhau, dẫn đến thông số gia công bằng laser cũng khác nhau. Kim loại có độ dẫn nhiệt cao cần công suất laser lớn hơn và tốc độ cắt nhanh hơn so với vật liệu phi kim loại. Vật liệu dễ cháy cần được gia công với tần số xung thấp và khí hỗ trợ thích hợp. Việc hiểu rõ tính chất của vật liệu là rất quan trọng để lựa chọn các tham số laser phù hợp.

IV. Nghiên cứu Thực nghiệm Cắt Laser CO2 Kết quả và Phân tích

Nghiên cứu thực nghiệm về cắt laser CO2 trên máy LC1000CO2-CNC đã được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của các chế độ công nghệ đến năng suất và chất lượng gia công. Các thông số như công suất laser, tốc độ cắt, áp suất khí hỗ trợ, và khoảng cách đầu phun đã được khảo sát. Kết quả cho thấy rằng các thông số này có ảnh hưởng đáng kể đến độ rộng mạch cắt, độ nhám bề mặt, và độ chính xác kích thước. Dựa trên kết quả thực nghiệm, mô hình toán học đã được xây dựng để dự đoán và tối ưu hóa các thông số laser cho từng loại vật liệu và yêu cầu gia công.

4.1. Thiết bị và điều kiện tiến hành thí nghiệm gia công laser

Thí nghiệm được thực hiện trên máy laser LC1000CO2-CNC với các thông số kỹ thuật đã được xác định. Vật liệu thí nghiệm là thép không gỉ SUS304 với độ dày 2mm. Khí hỗ trợ là oxy với áp suất thay đổi từ 1 bar đến 3 bar. Khoảng cách đầu phun được điều chỉnh trong khoảng từ 0.5mm đến 1.5mm. Mẫu được cắt theo hình dạng vuông với kích thước 50mm x 50mm. Các mẫu sau khi cắt được đo và đánh giá bằng các thiết bị đo lường chuyên dụng.

4.2. Thiết kế thí nghiệm và mô hình hóa quá trình gia công

Thí nghiệm được thiết kế theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm toàn phần với 3 yếu tố và 3 mức. Các yếu tố bao gồm công suất laser, tốc độ cắt, và áp suất khí hỗ trợ. Kết quả thí nghiệm được sử dụng để xây dựng mô hình toán học biểu diễn mối quan hệ giữa các thông số laser và chất lượng gia công. Mô hình toán học này có thể được sử dụng để dự đoán và tối ưu hóa các thông số laser cho các ứng dụng khác nhau.

4.3. Kết quả và phân tích ảnh hưởng của các thông số gia công laser

Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng công suất laser có ảnh hưởng lớn nhất đến độ rộng mạch cắt. Tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn nhất đến độ nhám bề mặt. Áp suất khí hỗ trợ có ảnh hưởng đến việc loại bỏ xỉ và làm sạch mạch cắt. Khoảng cách đầu phun có ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước. Mô hình toán học đã được kiểm chứng và cho kết quả phù hợp với thực nghiệm.

V. Tối ưu hóa Quy trình Gia Công Laser Phương pháp và Kết quả

Tối ưu hóa quy trình gia công laser là yếu tố then chốt để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Quy trình tối ưu bao gồm lựa chọn thông số laser phù hợp, sử dụng khí hỗ trợ tối ưu, và áp dụng các kỹ thuật điều khiển tiên tiến. Các phương pháp tối ưu hóa có thể dựa trên thử nghiệm, mô phỏng, hoặc kết hợp cả hai. Kết quả của quá trình tối ưu hóa là quy trình gia công ổn định, năng suất cao, chất lượng sản phẩm tốt, và chi phí sản xuất thấp.

5.1. Phương pháp tối ưu hóa thông số laser gia công

Có nhiều phương pháp tối ưu hóa thông số laser, bao gồm phương pháp thử và sai, phương pháp quy hoạch thực nghiệm, và phương pháp thuật toán tối ưu hóa. Phương pháp thử và sai là phương pháp đơn giản nhất nhưng tốn nhiều thời gian và công sức. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm cho phép xác định các thông số laser tối ưu một cách hiệu quả hơn. Phương pháp thuật toán tối ưu hóa sử dụng các thuật toán toán học để tìm kiếm các thông số laser tối ưu trong một không gian thông số lớn.

5.2. Sử dụng khí hỗ trợ để nâng cao hiệu quả gia công laser

Khí hỗ trợ có vai trò quan trọng trong quá trình cắt laser. Khí hỗ trợ có thể là oxy, nitơ, argon, hoặc không khí. Oxy được sử dụng để cắt thép carbon, tạo ra phản ứng cháy và tăng tốc độ cắt. Nitơ được sử dụng để cắt thép không gỉ và nhôm, ngăn ngừa quá trình oxy hóa và tạo ra bề mặt cắt sạch. Argon được sử dụng để hàn laser, bảo vệ mối hàn khỏi quá trình oxy hóa.

5.3. Kỹ thuật điều khiển tiên tiến trong gia công laser chính xác

Các kỹ thuật điều khiển tiên tiến như điều khiển công suất theo thời gian thực, điều khiển đường dẫn laser, và điều khiển độ cao đầu phun có thể được sử dụng để cải thiện độ chính xác và chất lượng gia công. Điều khiển công suất theo thời gian thực cho phép điều chỉnh công suất laser để phù hợp với hình dạng và độ dày của chi tiết. Điều khiển đường dẫn laser cho phép tạo ra các đường cắt phức tạp với độ chính xác cao. Điều khiển độ cao đầu phun cho phép duy trì khoảng cách ổn định giữa đầu phun và bề mặt vật liệu.

VI. Tương lai của Công Nghệ Laser Gia Công Xu hướng Phát triển

Công nghệ laser gia công tiếp tục phát triển mạnh mẽ với nhiều xu hướng mới. Các xu hướng này bao gồm phát triển các nguồn laser mới với công suất cao hơn và bước sóng ngắn hơn, ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để điều khiển và tối ưu hóa quy trình gia công, và tích hợp laser vào các hệ thống sản xuất tự động. Công nghệ laser sẽ ngày càng trở nên quan trọng trong các ngành công nghiệp sản xuất hiện đại, đáp ứng nhu cầu về năng suất cao, chất lượng tốt, và tính linh hoạt.

6.1. Phát triển nguồn laser mới cho gia công vật liệu

Các nhà nghiên cứu đang nỗ lực phát triển các nguồn laser mới với công suất cao hơn và bước sóng ngắn hơn. Nguồn laser công suất cao cho phép gia công các vật liệu dày hơn và tăng tốc độ gia công. Nguồn laser bước sóng ngắn cho phép gia công các vật liệu có độ hấp thụ cao và tạo ra các chi tiết với độ chính xác cao. Các loại laser mới như laser sợi quang, laser đĩa, và laser trạng thái rắn đang được phát triển và ứng dụng rộng rãi.

6.2. Ứng dụng AI để điều khiển và tối ưu hóa gia công laser

Trí tuệ nhân tạo (AI) có thể được sử dụng để điều khiển và tối ưu hóa quy trình gia công laser. AI có thể học hỏi từ dữ liệu thực nghiệm và mô phỏng để dự đoán các thông số laser tối ưu cho từng ứng dụng cụ thể. AI cũng có thể được sử dụng để giám sát và điều khiển quy trình gia công theo thời gian thực, phát hiện và khắc phục các lỗi gia công, và cải thiện năng suất và chất lượng sản phẩm.

6.3. Tích hợp laser gia công vào hệ thống sản xuất tự động

Laser có thể được tích hợp vào các hệ thống sản xuất tự động để tạo ra các dây chuyền sản xuất linh hoạt và hiệu quả. Robot có thể được sử dụng để di chuyển đầu phun laser và gia công các chi tiết có hình dạng phức tạp. Hệ thống camera và cảm biến có thể được sử dụng để kiểm tra chất lượng sản phẩm và điều khiển quy trình gia công. Tích hợp laser vào hệ thống sản xuất tự động giúp giảm chi phí sản xuất, tăng năng suất, và cải thiện chất lượng sản phẩm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của công nghệ laser, việc ứng dụng laser trong gia công vật liệu kim loại đã trở thành xu hướng tất yếu nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Theo ước tính, laser CO2 với công suất từ vài W đến 25 kW, thậm chí lên đến 100 kW, được sử dụng phổ biến trong gia công kim loại nhờ khả năng tập trung năng lượng cao và độ chính xác vượt trội. Tuy nhiên, việc kiểm soát các tham số công nghệ như công suất laser, tốc độ cắt, áp suất khí thổi và đường kính đầu cắt vẫn còn nhiều thách thức, ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và chất lượng gia công.

Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số công nghệ trong quá trình gia công bằng tia laser CO2 trên máy LC1000 CO2-CNC, nhằm tối ưu hóa năng suất và chất lượng mạch cắt. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Việt Nam trong giai đoạn 2006-2008, với các vật liệu kim loại siêu nhẹ và siêu mỏng được ứng dụng trong ngành công nghiệp chế tạo máy bay và ô tô. Mục tiêu cụ thể là xây dựng mô hình toán học mô phỏng quá trình gia công, khảo sát thực nghiệm ảnh hưởng của công suất laser, tốc độ cắt, áp suất khí thổi đến chất lượng mạch cắt và năng suất gia công.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm chi phí vật liệu và thời gian gia công, đồng thời góp phần phát triển công nghệ laser trong công nghiệp chế tạo máy tại Việt Nam. Các chỉ số đánh giá bao gồm độ rộng mạch cắt, độ sâu xuyên thấu, độ nhẵn bề mặt và tốc độ cắt, được đo lường và phân tích chi tiết nhằm đưa ra các khuyến nghị kỹ thuật phù hợp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết vật lý và mô hình truyền nhiệt trong quá trình tương tác giữa chùm tia laser và vật liệu gia công. Cơ sở lý thuyết chính bao gồm:

• Lý thuyết phát xạ kích thích của Einstein: Giải thích cơ chế tạo ra chùm laser với sự khuếch đại ánh sáng nhờ bức xạ cưỡng bức, làm nền tảng cho việc sử dụng laser trong gia công vật liệu.
• Phương trình truyền nhiệt tản quạt ba chiều: Mô tả sự phân bố nhiệt độ trong vật liệu khi bị chiếu xạ bởi chùm tia laser, bao gồm các điều kiện biên về dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ.
• Mô hình chuyển pha và dòng chảy lớp chảy lỏng: Phân tích sự chuyển đổi pha rắn-lỏng-hơi trong quá trình gia công, đồng thời mô tả dòng chảy và vận tốc bề mặt chảy lỏng do áp suất bốc hơi và lực mao dẫn (đối lưu Marangoni).
• Mô hình hàn lỗ khóa (keyhole welding): Giải thích quá trình tạo lỗ khoá trong hàn laser, ảnh hưởng đến độ sâu và chất lượng mối hàn.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng được sử dụng gồm: mật độ công suất laser (W/cm²), chiều sâu hội tụ (DOF), áp suất phản hồi bề mặt, vận tốc bốc hơi, nhiệt ẩn chảy lỏng và hoá hơi, hiệu suất hấp thụ năng lượng, và các thông số kỹ thuật của máy laser CO2.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các thí nghiệm thực tế trên máy LC1000 CO2-CNC tại phòng thí nghiệm của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Cỡ mẫu thí nghiệm gồm khoảng 30 mẫu kim loại siêu nhẹ và siêu mỏng, được lựa chọn theo phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên có kiểm soát nhằm đảm bảo tính đại diện.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng tham số công nghệ: Thay đổi công suất laser (1,2 kW đến 4 kW), tốc độ cắt (0,5 m/phút đến 2 m/phút), áp suất khí thổi (0,5 bar đến 3 bar) để đo lường độ rộng mạch cắt, độ sâu và chất lượng bề mặt.
• Mô hình toán học và mô phỏng số: Xây dựng mô hình truyền nhiệt và chuyển pha dựa trên phương trình truyền nhiệt tản quạt, kết hợp với mô hình dòng chảy lớp chảy lỏng để dự đoán sự phân bố nhiệt độ và hình dạng mạch cắt.
• Phân tích thống kê và so sánh: Sử dụng phân tích phương sai (ANOVA) để đánh giá mức độ ảnh hưởng của từng tham số đến các chỉ số chất lượng, đồng thời so sánh với các kết quả nghiên cứu trong ngành.

Thời gian nghiên cứu kéo dài trong 18 tháng, từ khâu thiết kế thí nghiệm, thu thập dữ liệu đến phân tích và hoàn thiện luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của công suất laser đến chất lượng mạch cắt: Khi công suất tăng từ 1,2 kW lên 4 kW, độ sâu mạch cắt tăng trung bình 35%, từ khoảng 0,5 mm lên 0,68 mm, đồng thời độ rộng mạch cắt tăng 20%. Tuy nhiên, công suất quá cao gây hiện tượng cháy xén và mép cắt không đều.

2. Tác động của tốc độ cắt: Tốc độ cắt tăng từ 0,5 m/phút đến 2 m/phút làm giảm độ sâu mạch cắt khoảng 40%, nhưng tăng năng suất gia công lên gấp 3 lần. Tốc độ cắt cao giúp giảm vùng ảnh hưởng nhiệt, cải thiện độ nhẵn bề mặt.

3. Ảnh hưởng của áp suất khí thổi: Áp suất khí thổi tối ưu nằm trong khoảng 1,5-2 bar, giúp loại bỏ vật liệu nóng chảy hiệu quả, giảm hiện tượng oxy hóa mép cắt. Áp suất thấp hoặc quá cao đều làm giảm chất lượng mạch cắt, với tỷ lệ lỗi tăng khoảng 15%.

4. Mối quan hệ tương tác giữa các tham số: Phân tích ANOVA cho thấy công suất laser và tốc độ cắt là hai yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng mạch cắt, chiếm hơn 70% biến thiên kết quả. Áp suất khí thổi có vai trò điều chỉnh bổ trợ, ảnh hưởng khoảng 20%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các phát hiện trên được giải thích dựa trên cơ chế truyền nhiệt và chuyển pha trong quá trình gia công bằng laser. Công suất laser cao làm tăng mật độ năng lượng, dẫn đến nhiệt độ bề mặt vượt ngưỡng chảy lỏng và bốc hơi, tạo mạch cắt sâu và rộng hơn. Tuy nhiên, quá trình này cũng làm tăng ứng suất nhiệt và biến dạng vật liệu, gây mép cắt không đều.

Tốc độ cắt cao làm giảm thời gian tương tác của chùm tia với vật liệu, hạn chế sự lan truyền nhiệt sâu vào bên trong, từ đó giảm vùng ảnh hưởng nhiệt và cải thiện chất lượng bề mặt. Áp suất khí thổi đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ vật liệu nóng chảy và ngăn ngừa oxy hóa, phù hợp với các nghiên cứu trong ngành.

So sánh với các nghiên cứu khác cho thấy kết quả tương đồng về ảnh hưởng của công suất và tốc độ cắt, tuy nhiên phạm vi áp suất khí thổi tối ưu có sự khác biệt do đặc tính vật liệu và thiết bị sử dụng. Biểu đồ phân bố nhiệt độ và hình dạng mạch cắt được trình bày qua các bảng số liệu và hình ảnh chụp cắt ngang mẫu, minh họa rõ ràng sự biến đổi theo tham số công nghệ.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu công suất laser trong khoảng 2,5-3,5 kW để đạt được sự cân bằng giữa năng suất và chất lượng mạch cắt, giảm thiểu hiện tượng cháy xén và mép cắt không đều.

2. Điều chỉnh tốc độ cắt từ 1,0 đến 1,5 m/phút nhằm tăng năng suất gia công mà vẫn đảm bảo độ sâu và độ nhẵn bề mặt theo yêu cầu kỹ thuật.

3. Sử dụng áp suất khí thổi trong khoảng 1,5-2 bar với khí trơ như Argon hoặc Nitrogen để loại bỏ vật liệu nóng chảy hiệu quả, hạn chế oxy hóa và tăng tuổi thọ thiết bị.

4. Áp dụng mô hình toán học mô phỏng truyền nhiệt và chuyển pha để dự đoán và kiểm soát quá trình gia công, giúp giảm thiểu thử nghiệm thực tế và tiết kiệm chi phí.

5. Đào tạo kỹ thuật viên vận hành máy laser về các tham số công nghệ và quy trình kiểm soát chất lượng nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất trong vòng 6 tháng tới.

Các giải pháp trên cần được thực hiện đồng bộ bởi các nhà sản xuất, kỹ sư công nghệ và đội ngũ vận hành để đạt hiệu quả tối ưu trong sản xuất công nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư công nghệ chế tạo máy: Nắm bắt các tham số công nghệ laser để thiết kế quy trình gia công hiệu quả, nâng cao chất lượng sản phẩm.

2. Nhà quản lý sản xuất trong ngành cơ khí chính xác: Áp dụng các khuyến nghị để tối ưu hóa năng suất và giảm chi phí sản xuất.

3. Giảng viên và sinh viên ngành công nghệ chế tạo máy và kỹ thuật laser: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu về lý thuyết và thực nghiệm gia công laser.

4. Các nhà nghiên cứu phát triển công nghệ laser: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm và mô hình toán học để phát triển các thiết bị và phương pháp gia công mới.

Mỗi nhóm đối tượng có thể ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất, đào tạo hoặc nghiên cứu phát triển, góp phần thúc đẩy sự phát triển của công nghệ laser trong công nghiệp Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Laser CO2 có ưu điểm gì trong gia công kim loại?
   Laser CO2 có bước sóng dài (10,6 µm), công suất cao (đến 100 kW), khả năng tập trung năng lượng tốt, phù hợp với nhiều loại vật liệu kim loại siêu nhẹ và siêu mỏng, giúp gia công chính xác và hiệu quả.

2. Tại sao áp suất khí thổi lại quan trọng trong cắt laser?
   Áp suất khí thổi giúp loại bỏ vật liệu nóng chảy khỏi vùng cắt, giảm oxy hóa mép cắt và tăng tốc độ cắt. Áp suất không phù hợp có thể làm giảm chất lượng mạch cắt hoặc gây lỗi bề mặt.

3. Làm thế nào để kiểm soát độ sâu mạch cắt?
   Độ sâu mạch cắt phụ thuộc vào công suất laser và tốc độ cắt. Tăng công suất hoặc giảm tốc độ cắt sẽ làm tăng độ sâu, tuy nhiên cần cân bằng để tránh hiện tượng cháy xén.

4. Mô hình truyền nhiệt có vai trò gì trong nghiên cứu?
   Mô hình truyền nhiệt giúp dự đoán sự phân bố nhiệt độ và chuyển pha trong vật liệu khi gia công, từ đó tối ưu tham số công nghệ và giảm thiểu thử nghiệm thực tế.

5. Gia công có hỗ trợ bằng laser khác gì so với gia công truyền thống?
   Gia công có hỗ trợ bằng laser làm mềm vật liệu tại vùng cắt, giảm lực cắt, giảm mòn dao và nâng cao năng suất, đặc biệt hiệu quả với vật liệu khó gia công như inox hoặc gốm.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xác định được mối quan hệ tuyến tính giữa công suất laser, tốc độ cắt và chất lượng mạch cắt trên máy LC1000 CO2-CNC.
• Áp suất khí thổi tối ưu giúp nâng cao chất lượng mạch cắt và giảm oxy hóa bề mặt.
• Mô hình toán học truyền nhiệt và chuyển pha được xây dựng thành công, hỗ trợ dự đoán và kiểm soát quá trình gia công.
• Các giải pháp đề xuất có thể áp dụng ngay trong sản xuất để tăng năng suất và chất lượng sản phẩm.
• Tiếp theo, cần triển khai đào tạo kỹ thuật và mở rộng nghiên cứu với các loại vật liệu khác nhằm hoàn thiện công nghệ gia công laser tại Việt Nam.

Quý độc giả và các nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng và phát triển thêm các kết quả nghiên cứu này nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và đổi mới công nghệ trong ngành công nghiệp chế tạo máy.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bé gi¸o dôc vμ ®μo t¹o Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hμ néi Vò xu©n tr−êng ***** Vò xu©n tr−êng Nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña chÕ ®é c«ng nghÖ ®Õn n¨ng suÊt vμ chÊt l−îng khi gia c«ng b»ng tia laser C«ng nghÖ c¬ khÝ LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc Ngμnh: c«ng nghÖ c¬ khÝ 2006-2008 Hμ néi - 2008 17051113872731000000 Bé gi¸o dôc vμ ®μo t¹o Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hμ néi ***** Vò xu©n tr−êng Nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña chÕ ®é c«ng nghÖ ®Õn n¨ng suÊt vμ chÊt l−îng khi gia c«ng b»ng tia laser LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc Ngμnh: c«ng nghÖ c¬ khÝ h−íng dÉn khoa häc: Gs. TS TrÇn V¨n ®Þch Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa Hμ Néi Hμ néi - 2008 môc lôc Trang Trang phô b×a Lêi cam ®oan Môc lôc Danh môc c¸c ký hiÖu, ch÷ viÕt t¾t. 4 Danh môc c¸c b¶ng biÓu. 7 Danh môc c¸c h×nh vÏ, ®å thÞ.

9 Ch−¬ng 1 Tæng quan vÒ laser.1 LÞch sö ph¸t triÓn .2 C¬ së vËt lý laser .3 CÊu t¹o vμ nguyªn lý lμm viÖc cña m¸y ph¸t laser .2 Buång céng h−ëng .3 Bé phËn kÝch thÝch .4 C¸c lo¹i nguån ph¸t laser .5 C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña chïm laser .6 C¸c lo¹i m¸y laser dïng trong c«ng nghiÖp .2 M¸y ph¸t laser khÝ.7 Qu¸ tr×nh t−¬ng t¸c gi÷a chïm tia laser vμ vËt liÖu gia c«ng .1 Ph−¬ng tr×nh truyÒn nhiÖt tæng qu¸t .2 §iÒu kiÖn biªn cña sù truyÒn nhiÖt .3 Ph©n bè nhiÖt trong hÖ to¹ ®é trô .4 §èt nãng vËt kh«ng cã hiÖn t−îng chuyÓn dÞch pha .5 §èt nãng vËt liÖu cã sù chuyÓn dÞch nhiÒu pha. 26 Ch−¬ng 2 øng dông laser trong c«ng nghiÖp .1 øng dông laser ®Ó c¾t vËt liÖu .1 Giíi thiÖu chung.2 C¸c th«ng sè c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh c¾t b»ng laser .3 C¸c ph−¬ng ph¸p c¾t vËt liÖu b»ng laser .2 øng dông laser ®Ó hμn vËt liÖu .1 Giíi thiÖu chung .4 Hμn kiÓu lç kho¸ .5 C¸c th«ng sè c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh hμn b»ng laser .3 øng dông laser ®Ó nhiÖt luyÖn vμ xö lý bÒ mÆt .1 Giíi thiÖu chung .2 C¸c th«ng sè c«ng nghÖ chñ yÕu .4 C¸c øng dông kh¸c. 43 Ch−¬ng 3 C¾t víi tia laser CO2 - C¸c th«ng sè c«ng nghÖ ¶nh h−ëng .1 Mèi quan hÖ gi÷a c¸c tham sè c«ng nghÖ.2 ¶nh h−ëng cña c¸c tham sè c«ng nghÖ lªn chÊt l−îng gia c«ng.3 S¬ ®å khèi cña qu¸ tr×nh c¾t b»ng tia laser .1 §−êng kÝnh ®iÓm héi tô .3 VËt liÖu gia c«ng .4 M« h×nh hãa qu¸ tr×nh gia c«ng vËt liÖu b»ng chïm tia Laser th«ng qua lÝ thuyÕt nhiÖt .5 §èi t−îng nghiªn cøu khi gia c«ng b»ng laser.1 §¹i l−îng chÊt l−îng bÒ mÆt c¾t vμ ®é chÝnh x¸c gia c«ng - ®é réng m¹ch c¾t .2 ¶nh h−ëng cña c¸c tham sè c«ng nghÖ lªn chÊt l−îng c¾t b»ng tia laser .3 Lùa chän ®èi t−îng nghiªn cøu. 56 Ch−¬ng 4 Nghiªn cøu thùc nghiÖm c¾t kim lo¹i trªn m¸y laser LC1000 CO2-CNC .1 ThiÕt bÞ thÝ nghiÖm .3 §iÒu kiÖn tiÕn hμnh thÝ nghiÖm .2 ThiÕt kÕ thÝ nghiÖm .1 M« h×nh ®Þnh tÝnh qu¸ tr×nh gia c«ng c¾t víi tia laser .2 ThiÕt kÕ c¸c thÝ nghiÖm .3 Thùc hiÖn thÝ nghiÖm .1 ThÝ nghiÖm th¨m dß kh¶ n¨ng c«ng nghÖ cña thiÕt bÞ .2 ThÝ nghiÖm kh¶o s¸t ¶nh h−ëng ®¬n cña mét sè th«ng sè c«ng nghÖ ®Õn chÊt l−îng m¹ch c¾t.4 Quy ho¹ch thùc nghiÖm vμ x©y dùng m« h×nh to¸n häc.1 ThÝ nghiÖm kh¶o s¸t ¶nh h−ëng ®ång thêi cña c¸c th«ng sè c«ng nghÖ ®Õn qu¸ tr×nh c¾t b»ng tia laser.2 ThiÕt kÕ quy ho¹ch thùc nghiÖm .3 Lùa chän c¸c th«ng sè c«ng nghÖ cÇn nghiªn cøu .4 Qui ho¹ch thùc nghiÖm x¸c ®Þnh m« h×nh to¸n häc.

96 Tμi liÖu tham kh¶o Tãm t¾t luËn v¨n Phô lôc 1 môc lôc Trang Trang phô b×a Lêi cam ®oan Môc lôc Danh môc c¸c ký hiÖu, ch÷ viÕt t¾t. 4 Danh môc c¸c b¶ng. 7 Danh môc c¸c h×nh vÏ, ®å thÞ. 9 Ch−¬ng 1 Tæng quan vÒ laser.1 LÞch sö ph¸t triÓn .2 C¬ së vËt lý laser .3 CÊu t¹o vμ nguyªn lý lμm viÖc cña m¸y ph¸t laser .2 Buång céng h−ëng .3 Bé phËn kÝch thÝch .4 C¸c lo¹i nguån ph¸t laser .5 C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña chïm laser .6 C¸c lo¹i m¸y laser dïng trong c«ng nghiÖp .2 M¸y ph¸t laser khÝ.7 Qu¸ tr×nh t−¬ng t¸c gi÷a chïm tia laser vμ vËt liÖu gia c«ng .1 Ph−¬ng tr×nh truyÒn nhiÖt tæng qu¸t .2 §iÒu kiÖn biªn cña sù truyÒn nhiÖt .3 Ph©n bè nhiÖt trong hÖ to¹ ®é trô .4 §èt nãng vËt kh«ng cã hiÖn t−îng chuyÓn dÞch pha .5 §èt nãng vËt liÖu cã sù chuyÓn dÞch nhiÒu pha.

26 Ch−¬ng 2 øng dông laser trong c«ng nghiÖp .1 øng dông laser ®Ó c¾t vËt liÖu .1 Giíi thiÖu chung .2 C¸c th«ng sè c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh c¾t b»ng laser .3 C¸c ph−¬ng ph¸p c¾t vËt liÖu b»ng laser .2 øng dông laser ®Ó hμn vËt liÖu .1 Giíi thiÖu chung .4 Hμn kiÓu lç kho¸ .5 C¸c th«ng sè c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh hμn b»ng laser .3 øng dông laser ®Ó nhiÖt luyÖn vμ xö lý bÒ mÆt .1 Giíi thiÖu chung .2 C¸c th«ng sè c«ng nghÖ chñ yÕu .4 C¸c øng dông kh¸c. 43 Ch−¬ng 3 C¾t víi tia laser CO2 - C¸c th«ng sè c«ng nghÖ ¶nh h−ëng .1 Mèi quan hÖ gi÷a c¸c tham sè c«ng nghÖ.2 ¶nh h−ëng cña c¸c tham sè c«ng nghÖ lªn chÊt l−îng gia c«ng.3 S¬ ®å khèi cña qu¸ tr×nh c¾t b»ng tia laser .1 §−êng kÝnh ®iÓm héi tô .3 VËt liÖu gia c«ng .4 M« h×nh hãa qu¸ tr×nh gia c«ng vËt liÖu b»ng chïm tia Laser th«ng qua lÝ thuyÕt nhiÖt .5 §èi t−îng nghiªn cøu khi gia c«ng b»ng laser.1 §¹i l−îng chÊt l−îng bÒ mÆt c¾t vμ ®é chÝnh x¸c gia c«ng - ®é réng m¹ch c¾t .2 ¶nh h−ëng cña c¸c tham sè c«ng nghÖ lªn chÊt l−îng c¾t b»ng tia laser .3 Lùa chän ®èi t−îng nghiªn cøu. 56 Ch−¬ng 4 Nghiªn cøu thùc nghiÖm c¾t kim lo¹i trªn m¸y laser LC1000 CO2-CNC .1 ThiÕt bÞ thÝ nghiÖm .3 §iÒu kiÖn tiÕn hμnh thÝ nghiÖm .2 ThiÕt kÕ thÝ nghiÖm .1 M« h×nh ®Þnh tÝnh qu¸ tr×nh gia c«ng c¾t víi tia laser .2 ThiÕt kÕ c¸c thÝ nghiÖm .3 Thùc hiÖn thÝ nghiÖm .1 ThÝ nghiÖm th¨m dß kh¶ n¨ng c«ng nghÖ cña thiÕt bÞ .2 ThÝ nghiÖm kh¶o s¸t ¶nh h−ëng ®¬n cña mét sè th«ng sè c«ng nghÖ ®Õn chÊt l−îng m¹ch c¾t.4 Quy ho¹ch thùc nghiÖm vμ x©y dùng m« h×nh to¸n häc.1 ThÝ nghiÖm kh¶o s¸t ¶nh h−ëng ®ång thêi cña c¸c th«ng sè c«ng nghÖ ®Õn qu¸ tr×nh c¾t b»ng tia laser.2 ThiÕt kÕ quy ho¹ch thùc nghiÖm .3 Lùa chän c¸c th«ng sè c«ng nghÖ cÇn nghiªn cøu .4 Qui ho¹ch thùc nghiÖm x¸c ®Þnh m« h×nh to¸n häc. 96 Tμi liÖu tham kh¶o Tãm t¾t luËn v¨n Phô lôc 4 Danh môc c¸c ký hiÖu, ch÷ viÕt t¾t Ký hiÖu Tªn gäi Thø nguyªn c NhiÖt l−îng riªng hoÆc vËn tèc ¸nh s¸ng J/kgK; m/s c1 NhiÖt l−îng riªng cña vËt liÖu ë tr¹ng th¸i láng J/kgK cs NhiÖt l−îng riªng vËt liÖu ë tr¹ng th¸i r¾n J/kgK dm §−êng kÝnh ®iÓm héi tô mm e Lùc c¨ng N erf Hμm sai sè erfc Hμm sai sè bæ xung f Tiªu cù thÊu kÝnh héi tô mm ffp MÆt ph¼ng héi tô g H»ng sè hÊp dÉn m/s2 ChiÒu dμy líp ch¶y láng hoÆc entapy riªng hoÆc h h»ng sè Planck hc HÖ sè truyÒn nhiÖt ®èi l−u k HÖ sè dÉn nhiÖt W/mK κ HÖ sè khuÕch t¸n nhiÖt cm2/s κm HÖ sè khuÕch t¸n nhiÖt cña vËt liÖu láng cm2/s κs HÖ sè khuÕch t¸n nhiÖt cña vËt liÖu r¾n cm2/s κv HÖ sè khuÕch t¸n nhiÖt cña vËt liÖu h¬i cm2/s kb H»ng sè Boltzmann kl HÖ sè truyÒn nhiÖt ë tr¹ng th¸i láng ks HÖ sè truyÒn nhiÖt ë tr¹ng th¸i r¾n kv HÖ sè truyÒn nhiÖt ë tr¹ng th¸i h¬i l ChiÒu dμi khuÕch t¸n nhiÖt lth ChiÒu s©u th©m nhËp nhiÖt m Sè mode däc me Khèi l−îng tho¸t ch¶y Kg ms Khèi l−îng nãng ch¶y c¶u vËt liÖu r¾n Kg mv Khèi l−îng vËt liÖu ho¸ h¬i n Sè mode ngang p ¸p suÊt khÝ thæi bar pvμo Thμnh phÇn ¸p suÊt vμo cña phÇn tö ®¬n vÞ bar p ra Thμnh phÇn ¸p suÊt ra cña phÇn tö ®¬n vÞ bar 5 pr ¸p suÊt ph¶n håi bar ps ¸p suÊt h¬i b·o hoμ bar q Th«ng l−îng nhiÖt J/m qc Th«ng l−îng nhiÖt ®èi l−u J/m qr Th«ng l−îng nhiÖt bøc x¹ J/m r To¹ ®é h−íng t©m; b¸n kÝnh chïm tia mm t ChiÒu dμy c¾t mm th Thêi gian diÔn ra giai ®o¹n nung nãng tm Thêi gian ®¹t ®Õn nhiÖt ®é nãng ch¶y tp ChiÒu dμi xung laser u BiÕn gi¶ ®Þnh hoÆc n¨ng l−îng bªn trong v VËn tèc c¾t m/ph ve VËn tèc tho¸t ch¶y vm VËn tèc ch¶y vv VËn tèc bèc h¬i w ChiÒu réng m¹ch c¾t μm zm ChiÒu s©u nãng ch¶y xuyªn thÊu mm x,y,z To¹ ®é §Ò c¸c DiÖn tÝch bÒ mÆt hoÆc hÖ sè hÊp thô m«i tr−êng A hoÆc hÖ sè hÊp thô n¨ng l−îng Av HÖ sè hÊp thô n¨ng l−îng ë tr¹ng th¸i h¬i B0 H»ng sè ho¸ h¬i Cv NhiÖt l−îng riªng thÓ tÝch J/kgK Cp NhiÖt l−îng riªng t¹i ¸p suÊt kh«ng ®æi J/kgK D §−êng kÝnh chïm tia ch−a héi tô mm I MËt ®é c«ng suÊt W/cm2 Iabs C−êng ®é c«ng suÊt hÊp thô W/cm2 Im C−êng ®é chïm laser cÇn thiÕt ®Ó nung ch¶y W/cm2 Is C−êng ®é chïm laser t¹i bÒ mÆt W/cm2 v C−êng ®é ng−ìng W/cm2 MËt ®é c«n g suÊt cña chïm laser max, hoÆc I0 W/cm2 c−êng ®é ¸nh s¸ng trung b×nh J0, J 1 Hμm Bessel ë d¹ng thø nhÊt K0 Hμm Bessel ë d¹ng 2 bËc 0 L NhiÖt tiÒm tμng bèc h¬i J/kg 6 Lf NhiÖt l−îng nãng ch¶y J/kg Lv NhiÖt l−îng ho¸ h¬i J/kg Lm NhiÖt Èn nãng ch¶y J/kg P C«ng suÊt laser W R HÖ sè ph¶n x¹ Ra HÖ sè Rayleigh T NhiÖt ®é K, oC Tamb NhiÖt ®é m«i tr−êng Te NhiÖt ®é kÝch thÝch TB NhiÖt ®é s«i Tl NhiÖt ®é ë tr¹ng th¸i láng Tm NhiÖt ®é ch¶y láng Ts NhiÖt ®é bÒ mÆt chi tiÕt Tv NhiÖt ho¸ h¬i T* NhiÖt ®é trung b×nh trong líp ch¶y láng T0 NhiÖt ®é ban ®Çu N¨ng l−îng ho¸ h¬i cña nguyªn tö hay sù vËn U chuyÓn nhiÖt V ThÓ tÝch vËt liÖu láng m3 α HÖ sè gi·n në nhiÖt ρ Khèi l−îng riªng Kg/m3 η HiÖu suÊt λ B−íc sãng laser m μ HÖ sè ®é nhít cña chÊt láng σ H»ng sè Stefan-Boltzmann ∇ To¸n tö Gradient AHZ Vïng ¶nh h−ëng nhiÖt cña m¹ch c¾t DOF Ph−¬ng tr×nh biÓu diÔn chiÒu s©u héi tô DGF Tr−êng mËt ®é khÝ 7 Danh môc c¸c b¶ng biÓu Bảng 1.1: Một số loại laser thường dùng trong công nghiệp B¶ng 3.1: H»ng sè vËt liÖu cña mét sè vËt liÖu c¬ b¶n B¶ng 4.1: §Æc tÝnh kü thuËt cña c¸c vËt liÖu thÝ nghiÖm B¶ng 4.2: ThÝ nghiÖm th¨m dß t×m kh¶ n¨ng c«ng nghÖ cña thiÕt bÞ B¶ng 4.3: ThÝ nghiÖm ¶nh h−ëng ®¬n cña th«ng sè c«ng nghÖ B¶ng 4.