RU2016094C1

RU2016094C1 - Method of laser working of large-grain transformer anisotropic steel with thickness 0,15-0,30 mm

Info

Publication number: RU2016094C1
Application number: SU5061260/02A
Authority: RU
Inventors: С.В. Колпаков; И.В. Франценюк; Л.Б. Казаджан; В.С. Аверкиев; В.Ю. Милосердин; С.В. Каюков; А.Ю. Мищенко; Г.А. Брашеван; А.Ф. Пименов
Original assignee: Новолипецкий металлургический комбинат им.Ю.В.Андропова
Priority date: 1992-09-02
Filing date: 1992-09-02
Publication date: 1994-07-15

Abstract

FIELD: heat treatment of transformer steel. SUBSTANCE: method comprises steps of working a surface of large-grain transformer anisotropic steel with thickness 0,30-0,15 mm by laser radiation in mode of modulated Q-factor with frequency 3,0 kHz-1,0 MHz at mean density of power, equal to 2·10²-10⁹ Wt/cm². Traces of action of the laser irradiation represent tracks of spots, having diameter 0.01-1.00 mm. EFFECT: enhanced magnetic properties of steels. 1 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изысканию новых технологических способов термической обработки электротехнической стали. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the search for new technological methods for heat treatment of electrical steel.

Известен способ электролазерного нанесения дорожек на листы из электротехнических сталей с целью снижения удельных магнитных потерь. There is a method of electrolaser deposition of tracks on sheets of electrical steel to reduce specific magnetic losses.

Недостаток известного способа заключается в малой производительности и низкой надежности. The disadvantage of this method is the low productivity and low reliability.

Известен способ обработки листовой электротехнической стали непрерывным лазерным излучением, наиболее близкий по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому способу (прототип). A known method of processing sheet electrical steel by continuous laser radiation, the closest in technical essence and the achieved effect to the claimed method (prototype).

Недостатком известного способа является ухудшение магнитной индукции В₁₀₀ наряду с достигаемым положительным эффектом уменьшения удельных потерь. Причина ухудшения магнитной индукции В₁₀₀ связана со структурными изменениями в тонком поверхностном слое стали под воздействием непрерывного лазерного излучения, вследствие нагрева поверхностного слоя металла по всей длине и ширине дорожки непрерывного лазерного воздействия.The disadvantage of this method is the deterioration of the magnetic induction B ₁₀₀ along with the achieved positive effect of reducing specific losses. The reason for the deterioration of the magnetic induction B ₁₀₀ is associated with structural changes in a thin surface layer of steel under the influence of continuous laser radiation, due to heating of the surface layer of metal along the entire length and width of the track of continuous laser exposure.

Целью изобретения является улучшение магнитных свойств снижение магнитных потерь при уменьшении отрицательного влияния лазерного излучения на магнитную индукцию В₁₀₀.The aim of the invention is to improve the magnetic properties of the reduction of magnetic losses while reducing the negative impact of laser radiation on the magnetic induction B ₁₀₀ .

Цель достигается обработкой поверхности электротехнической стали лазерным излучением в режиме модулированной добротности с частотой модуляции 0,3 кГц...1,0 мГц и средней плотностью мощности 2 ˙10²...10⁹ Вт/см². Применение такого типа излучения позволяет перейти от непрерывного к импульсному воздействию лазерного излучения на поверхностные слои стали. Применение режима модулированной добротности позволяет создавать крутые фронты нарастания интенсивности излучения, что, сокращая промежуток времени воздействия лазерного излучения в заявляемом изобретении, обеспечивает высокую локальность лазерной обработки поверхностного слоя стали, т.е. малую протяженность зоны термического влияния лазерного излучения в режиме модулированной добротности. В этом случае уменьшается негативное влияние лазерного излучения на изменение магнитной индукции В₁₀₀. Кроме того, экспериментально доказано, что в результате применения лазерной обработки в режиме модулированной добротности заданный эффект дробления основных 180-градусных доменных областей достигают при меньшей средней мощности излучения лазера по сравнению с лазером непрерывного действия. Для лазерной обработки в режиме модулированной добротности могут быть применены лазеры с изменением мощности их излучения в широком диапазоне от 0,01 до 10 кВт, что позволяет в зависимости от мощности лазерного излучения изменять скорость лазерной обработки в режиме модулированной добротности в широких пределах 0,01-10,0 м/с. После лазерной обработки в этих случаях на поверхности стали остаются дорожки из точек. Обработку лучом лазера можно проводить под любым углом к поверхности обрабатываемой стали, но предпочтительно под углом 90^о. Ширину (расстояние) между дорожками задают в каждом конкретном случае.The goal is achieved by treating the surface of electrical steel with laser radiation in a Q-switched mode with a modulation frequency of 0.3 kHz ... 1.0 MHz and an average power density of 2 ˙ 10 ² ... 10 ⁹ W / cm ² . The use of this type of radiation makes it possible to switch from continuous to pulsed action of laser radiation on the surface layers of steel. The use of the modulated Q factor mode allows you to create steep fronts of increase in radiation intensity, which, reducing the time period of exposure to laser radiation in the claimed invention, provides a high locality of laser processing of the surface layer of steel, i.e. small extent of the zone of thermal influence of laser radiation in the mode of Q-switched. In this case, the negative effect of laser radiation on the change in the magnetic induction B ₁₀₀ decreases. In addition, it has been experimentally proved that as a result of the use of laser processing in the Q-switched mode, the desired effect of crushing of the main 180-degree domain regions is achieved at a lower average laser radiation power compared to a continuous laser. For laser processing in the Q-switched mode, lasers can be used with a change in their radiation power in a wide range from 0.01 to 10 kW, which allows depending on the laser radiation power to change the speed of laser processing in the Q-switched mode over a wide range of 0.01- 10.0 m / s. After laser processing, in these cases, tracks from points remain on the surface of the steel. Processing by a laser beam can be carried out at any angle to the surface of the steel being processed, but preferably at an angle of 90 ^about . The width (distance) between the tracks is set in each case.

Лазерную обработку в режиме модулированной добротности проводили в лабораторных условиях на полосовых образцах крупнозеренной электротехнической анизотропной стали толщиной 0,30-0,15 мм производства НЛМК. Размер полосовых образцов 305х30 мм. Результаты измерения удельных потерь Р_1,7/50 стали в зависимости от режимов лазерной обработки приведены в табл. 1 и 2.The Q-switched laser treatment was performed in laboratory conditions on strip samples of coarse-grained electrical anisotropic steel with a thickness of 0.30-0.15 mm manufactured by NLMK. The size of the strip samples is 305x30 mm. The results of the measurement of specific losses P _{1.7 / 50} steel depending on the laser treatment conditions are given in table. 1 and 2.

Из анализа экспериментальных данных, приведенных в табл. 1 и 2 следует, что опробованные диапазоны изменения удельной мощности (табл. 1) и частоты модуляции (табл. 2) лазерного излучения обеспечили улучшение магнитных свойств, т.е. уменьшения удельных потерь Р_1,7/50 стали в результате лазерной обработки ее в режиме модулированного внедрения. Граничные пределы (нижний и верхний) по средней мощности (табл. 1) и частоте модуляции (табл. 2) опробованных режимов лазерной обработки обеспечивают улучшение магнитных свойств крупнозеренной электротехнической анизотропной стали толщиной 0,30-0,15 мм, поэтому могут быть внесены в ограничительную часть формулы изобретения.From the analysis of experimental data given in table. 1 and 2, it follows that the tested ranges of changes in the specific power (Table 1) and the modulation frequency (Table 2) of laser radiation provided an improvement in the magnetic properties, i.e. reduction of specific losses Р _{1.7 / 50 of} steel as a result of laser processing in the modulated introduction mode. Boundary limits (lower and upper) in terms of average power (Table 1) and modulation frequency (Table 2) of the tested laser processing modes provide an improvement in the magnetic properties of coarse-grained electrical anisotropic steel with a thickness of 0.30-0.15 mm, therefore, they can be entered into a limiting part of the claims.

Применение в отечественном трансформаторостроении крупнозеренной электротехнической анизотропной стали толщиной 0,30-0,15 мм, обработанной лазерным излучением в режиме модулированной добротности, позволит снизить потери холостого хода (потери Х.Х) в трансформаторах. The use of coarse-grained electrical anisotropic steel in the domestic transformer industry with a thickness of 0.30-0.15 mm, processed by laser radiation in a modulated Q-factor, will reduce idle losses (X.X loss) in transformers.

Claims

METHOD OF LASER PROCESSING OF LARGE-GRAIN ELECTROTECHNICAL ANISOTROPIC STEEL WITH A THICKNESS OF 0.15-0.30 MM, comprising processing by applying focused laser radiation to a surface, characterized in that, in order to improve magnetic properties, the laser radiation is effected in a modulated Q-factor with a frequency of repetition 3.0 kHz - 1.0 MHz and an average power density of 2 · 10 ² - 10 ² W / cm ² , while traces of laser radiation represent tracks of spots with a diameter of 0.01 - 1.00 mm.