Физика и технология лазерной обработки металлов: анализ режимов обработки стали 12Х18Н10Т

В статье рассмотрены физические основы процессов лазерной обработки металлов, включая особенности взаимодействия лазерного излучения с материалом, механизмы поглощения энергии и закономерности теплового воздействия в зоне обработки. Целью исследования является определение рациональных режимов лазерной обработки нержавеющей стали 12Х18Н10Т, обеспечивающих минимизацию зоны термического влияния и повышение качества обработанной поверхности.

Проведен анализ процессов плавления, испарения и формирования зоны термического влияния при лазерной резке металлических материалов. Представлен обзор основных типов промышленных лазеров, применяемых в современных технологиях лазерной обработки, включая газовые, твердотельные и волоконные лазерные источники, а также рассмотрены их технологические особенности, преимущества и области применения. Особое внимание уделено влиянию режимов обработки на качество поверхности и размеры изменённого слоя. Рассмотрены свойства и функции технологических газов, используемых при лазерной резке и наплавке металлов, а также их влияние на эффективность удаления расплава и снижение термических дефектов.

В экспериментальной части выполнены исследования лазерной резки стали 12Х18Н10Т толщиной 0,8 мм на установке DMG MORI Lasertec 20 при варьировании мощности лазерного излучения. Проведен анализ структуры изменённого слоя и характера теплового воздействия на материал. Установлены оптимальные параметры обработки, обеспечивающие минимальную толщину зоны термического влияния и стабильное формирование реза. Полученные результаты подтверждают высокую эффективность применения лазерных технологий при обработке нержавеющих сталей и возможность их использования для высокоточного изготовления тонколистовых конструкций авиационного и машиностроительного назначения.

1. Капалин Н. Ю., Бердников О. О., Реченко Д. С., Лопатин Б. А. Влияние скорости перемещения лазерной режущей головки при обработке сплава 12Х18Н10Т на качество получаемой поверхности // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. 2026. Т. 26, № 1. С. 78–86. https://doi.org/10.14529/engin260107. EDN: GNTOXC.

2. Минаев И. В. Влияние режимов лазерного микроструктурирования на концентрацию углерода и уровень остаточных напряжений в поверхностном слое изделий из углеродистых сталей // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2025. Т. 15, № 1. С. 39–50. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2025-15-1-39-50. EDN: KWYMUK.

3. Гурьев В. А., Гребнев Ю. В., Жаркова В. Ф., Гребнев Д. Ю. Лазерная обработка отливок из серого чугуна // Известия Волгоградского государственного технического университета. Серия «Металлургия». 2025. № 7 (302). С. 84–87. https://doi.org/10.35211/1990-5297-2025-7-302-84-87. EDN: TBVCDW.

4. Григорьянц А. Г., Казарян М. А., Лябин Н. А. Лазерная прецизионная микрообработка материалов. Москва: Физматлит, 2017. 416 с.

5. Ретюхин Г., Ланин В. Л., Школык С. Лазерная размерная обработка материалов подложек МЭМС // Технологии в электронной промышленности. 2014. № 6 (74). С. 90–95. EDN: SMHPJN.

6. Закалюкина Л. А., Баннов В. Я. Виды и параметры процесса лазерной резки // Новые информационные технологии в автоматизированных системах. 2016. № 19. С. 163–167. EDN: VTZOGT.

7. Steen W. M., Mazumder J. Laser Material Processing. Springer, 2010. 558 p. https://doi.org/10.1007/978-1-84996-062-5. ISBN 978-1-84996-061-8. EDN: SSJTHD.

8. Alsaadawy M., Dewidar M., Said A. [et al.]. A comprehensive review of studying the influence of laser cutting parameters on surface and kerf quality of metals. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2024;130(4):1039–1074. https://doi.org/10.1007/s00170-023-12768-1.

9. Кузнецов М., Земляков Е., Бабкин К. Обзор лазерных технологических головок для реализации промышленных лазерных технологий обработки металлических материалов // Фотоника. 2016. № 6(60). С. 14–35. https://doi.org/10.22184/1993-7296.2016.60.6.14.33. EDN: XEUECL.

10. Барчуков Д. А., Смолякова И. А., Афанасьева Л. Е. Влияние технологических параметров лазерной резки на размер зоны лазерного воздействия // Вестник Тверского государственного технического университета. Серия: Технические науки. 2024. № 4(24). С. 22–28. https://doi.org/10.46573/2658-5030-2024-4-22-28. EDN: GPJLBT.

11. Шапарев А. В., Савин И. А. Анализ влияния различных факторов на технологию лазерной резки волоконными лазерами // Вестник Казанского государственного технического университета им. А. Н. Туполева. 2025. Т. 81, № 2. С. 52–57. EDN: DZMNIE.

12. Игрунова О. М., Маляренко Р. О. Сегментирование рынка лазерных станков в части российской клиентской базы компании Han’s Laser // Экономические и социально-гуманитарные исследования. 2023. № 1(37). С. 47–59. https://doi.org/10.24151/2409-1073-2023-1-47-59. EDN: WEVNSZ.

13. Козловский В. И., Коростелин Ю. В., Охотников О. Г. [и др.]. Непрерывный лазер на кристалле Cr2+:CdSe с накачкой полупроводниковым дисковым лазером // Краткие сообщения по физике ФИАН. 2012. № 6. С. 30–36. EDN: OYSRCT.

14. Копылова Т. Н., Майер Г. В. Разработка и создание мощных лазеров на красителях с накачкой эксимерными лазерами // Оптика атмосферы и океана. 1993. Т. 6, № 6. С. 704–711. EDN: SGCQYP.

15. Жуков А. А., Власов А. М. Влияние вспомогательных газов при лазерной резке, их преимущества и недостатки // Современные материалы, техника и технологии. 2024. № 3(54). С. 38–43. https://doi.org/10.47581/2024.SMTT-3/Gukov-Alex-01. EDN: KAQBSL.