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Method of determination of enthalpy and entropy for the technology of laser cutting

This paper is devoted to the mechanisms of laser cutting of material from the point of view of thermodynamics. Thanks to the special properties of a laser beam, lasers have proved to be a reliable tool for the industry. Scientific databases currently include many papers devoted to scientific and engineering research aimed at the development and application of the technology of lasers. Operating costs of a laser system are high when operated inefficiently, therefore efficient operation is quite desirable. High dimensional accuracy and mainly good final product quality must be achieved in order to ensure the effective laser cutting. Investigation into thermodynamic efficiencies and quality assessment of the final product in laser cutting is essential. We have created an analytical expression of the thermo‐dynamic parameters of the cut. By expression of the entropy S, enthalpy H, heat flow density q and Gibbs' function of free energy G a complex image of thermo‐dynamic conditions of the process was achieved. These are the basic thermodynamic parameters of the laser cutting of materials. All these factors under operating conditions had an impact on the surface quality of the cut, depth of the cut and also on the intensity of changes in the mechanical properties of the material, and last but not least, on productivity and competitiveness. This can be used both for predictions concerning the technology process, as well as for control of the process.

Dieser Beitrag ist den Mechanismen des Laserschneidens von Material aus der Sicht der Thermodynamik gewidmet. Durch die speziellen Eigenschaften eines Laserstrahls haben sich Laser als zuverlässiges Werkzeug für die Industrie etabliert. Wissenschaftliche Datenbanken umfassen derzeit viele Beiträge, die der wissenschaftlichen und technischen Forschung an der Entwicklung und Anwendung der Lasertechnologie gewidmet sind. Die Betriebskosten eines Lasersystems sind bei nicht effizienter Betriebsweise hoch, so dass ein effizienter Betrieb wünschenswert ist. Hohe Maßgenauigkeit und vor allem gute Qualität des Endprodukts sind wichtig, um die Effektivität des Laserschneidens zu gewährleisten. Wir haben einen analytischen Ausdruck der thermodynamischen Parameter des Einschnitts abgeleitet. In den Ausdrücken der Entropie S, der Enthalpie H, der Wärmestromdichte q und der Gibbs‐Funktion der freien Energie G konnte ein komplexes Bild der thermodynamischen Bedingungen des Verfahrens dargestellt werden. Dies sind damit die grundlegenden thermodynamischen Parameter der Laserschneiden von Materialien. Alle diese Faktoren haben unter Betriebsbedingungen eine Auswirkung auf die Oberflächengüte des Einschnitts, die Schnitttiefe und auch auf die Intensität der Veränderungen der mechanischen Eigenschaften des Materials sowie nicht zuletzt auch auf die Produktivität und Wettbewerbsfähigkeit. Dies kann sowohl für die Vorhersagen über den Technologieprozess als auch zur Steuerung des Prozesses verwendet werden.

Autoren:   M. Harničárová, J. Valíček, M. Kušnerová, Z. Hutyrová, A. Panda, T. Temuçin
Journal:   Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Jahrgang:   2016
Seiten:   n/a
DOI:   10.1002/mawe.201600521
Erscheinungsdatum:   18.05.2016
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