В работе проводится моделирование диффузии азота в процессе плазменной и лазерной резки низкоуглеродистой стали. Задачи выпускной квалификационной работы:
-    Изучение литературных данных по тематикам плазменной и лазерной резки;
-    Изучение литературных данных о влиянии азота на структуру и свойства сталей;
-    Моделирование диффузии азота при плазменной и лазерной резке низкоуглеродистой стали в программном пакете MATLAB.
-    Анализ полученных результатов.
В первой главе работы представлен литературный обзор по актуальности и степени задействования на предприятиях лазерной и плазменной методов резки, а также обзор в области современных исследований этих процессов. Вторая глава посвящена анализу литературных данных о влиянии азота на структуру и свойства готового стального изделия после сварки, а также анализу растворимости азота в стали. Кроме того, во второй главе рассмотрен пример термодинамической модели растворения азота в сварном соединении. В третьей главе работы проведено моделирование диффузии азота в процессе лазерной и плазменной резки низкоуглеродистой стали. Расчет основан на аналитическом уравнении для решения задачи о диффузии элемента из слоя конечной ширины неограниченного образца в изотермических условиях. Для решения задачи с
 
использованием литературных данных были установлены концентрации азота в основном металле и в расплавленном металле в процессах резки. Значение зависимости коэффициента диффузии азота в стали от температуры было получено из литературных данных. Для расчёта температурного поля при резке была использована модель быстродвижущегося равномерно распределённого плоского источника конечной ширины в пластине. В данной модели принималось, что распределение энергии от источника равномерное по всему диаметру пятна нагрева ввиду крайне высокой концентрации ввода тепла при используемых видах резки. В следствие обязательного условия сквозного прорезания любой толщины материала в процессе резки, в расчетной схеме использована бесконечная пластина в качестве модели разрезаемого изделия, в которой тепловой поток будет плоским, а температурное поле двумерным, так как распределение температурного поля по толщине пластины почти никак не будет изменятся в процессе резки. С использованием описанной выше модели, была рассчитана температура в заданных координатах в пластине в заданных моментах времени. По проведенным расчетам была определена ширина ванны при используемых видах резки. В координате максимальной ширины ванны был построен термический цикл, согласно которому по аналитическому уравнению было рассчитано поле концентрации азота с учётом зависимости коэффициента диффузии от температуры. Конечным продуктом расчетов стали графики полей концентрации азота при лазерной резке и плазменной резке низкоуглеродистой стали в пластине толщиной 5 мм по одну сторону от оси реза, согласно соображениям симметричности значений для второй стороны.