alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2018.16-18.088-097alternative-1418Research ArticleОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВАOPTICAL PHENOMENA AND FACILITIESВозможность высокоскоростной лазерной резки стеклаThe Possibility of High-Speed Laser Glass Cuttinghttps://orcid.org/0000-0002-9177-2940БучановВ. В.BuchanovV. V.

Владимир Васильевич Бучанов - кандидат физико-математических наук, h-index 7.

Д. 7/5, проезд Одоевского, Москва, 117574, тел.: +7 (985) 813-70-25

Vladimir Buchanov - Ph.D. in Physics and Mathematics.

7/5 Odoevsky passage, Moscow, 117574, tel.: +7 (985) 813 70 25

vladbuch@hotmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-7087-3419КазарянМ. А.KazaryanM. A.

Мишик Айразатович Казарян - доктор тфизико-математических наук, ведущий научный сотрудник, h-index 9, Scopus 9, РИНЦ 10, WoS 9.

Д. 53, Ленинский проспект, Москва, 119991, тел.: +7(499)135-42-64

Mishik Kazaryan - D.Sc. in Physics and Mathematics, Leading Researcher, P.N. Lebedev Physical Institute of RAS.

53 Leninsky Av., Moscow, 119991, tel.: +7 (499) 135 42 64

postmaster@lebedev.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1237-7625КузнецоваЕ. А.KuznetsovaE. A.

Екатерина Александровна Кузнецова - кандидат физико-математических наук, доцент.

Д. 1, ул. 1-я Институтская, Мытищи, Московская обл., 141005, тел.: +7(495)583-64-90 

Ekaterina Kuznetsova - Ph.D. in Physics and Mathematics, Associate Professor, the Mytishchi branch of the Bauman Moscow State Technical University.

1 First Institutskaya St., Mytischi, Moscow region, 141005, tel.:+7 (495) 583-64-90

https://orcid.org/0000-0002-5232-1223РевенкоВ. И.RevenkoV. I.

Валерий Иванович Ревенко - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник.

Д. 29/5, ул. Кржижановского, Москва, 117218, тел.: +7(499)125-39-21

Valery Revenko - Ph.D. in Physics and Mathematics, Senior Researcher.

5/29 Krzhizhanovsky St., Moscow, 117218, Russia tel.: +7 (499) 125 39 21

https://orcid.org/0000-0001-7866-274XСачковВ. И.SachkovV. I.

Виктор Иванович Сачков - д-р хим. наук, заведующий лабораторией.

Д. 1, пл. Новособорная, Томск, 634050, тел.: +7 (3822) 53-35-77

Victor Sachkov - D.Sc. in Chemistry, Head of the Laboratory, Siberian Physical-Technical Institute of Tomsk State University.

1 Novosobornaya Sq., Tomsk, 634050, tel.: +7 (3822) 53 35 77

itc@spti.tsu.ruИП Бучанов Владимир Васильевич «Научные исследования и разработки в области естественных и технических наук»РоссияIndividual Entrepreneur Vladimir Buchanov “Research and Development on Natural Sciences and Engineering”Russian FederationФизический институт им. П.Н. Лебедева РАНРоссияP.N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of SciencesRussian FederationМытищинский филиал МГТУ им. Н.Э.БауманаРоссияMytishchi branch of the Bauman MSTURussian FederationАО Научно-исследовательский институт технического стекла им. В.Ф. СолиноваРоссияJSC Scientific Research Institute of Technical GlassRussian FederationСибирский физико-технический институт при Томском государственном университетеРоссияSiberian Physical-Technical Institute of Tomsk State UniversityRussian Federation201812092018016-188897Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20182018Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1418

Появление в последние годы высокомощных волоконных лазеров, более эффективных и простых в эксплуатации по сравнению с другими типами лазеров, сделало актуальным проведение систематических исследований и разработку технологии резки стекла методом управляемого термораскалывания. В статье рассмотрен вопрос о возможности высокоскоростной резки стекла современными лазерами мощностью до нескольких десятков киловатт в ближнем инфракрасном диапазоне излучения. Определялось поле упругих напряжений, возникающее в стеклянной пластине при её нагреве лазерным излучением. Метод исследования базировался на теории термоупругости.

In recent years, the appearance of high-power fiber lasers, more efficient and easier to operate than other types of lasers, made it necessary to conduct systematic studies and develop a technology for cutting glass by the method of controlled thermal splitting. The paper considers the question of the possibility of high-speed cutting of glass by modern lasers with a power of up to several tens of kilowatts in the near-IR radiation range. In order to achieve the goal set in the work, the problem of determining the field of elastic stresses arising in a glass plate when it is heated by laser radiation has been solved. The method of investigation is based on the theory of thermoelasticity.

лазерная резкатермораскалываниеупругие напряженияиттербиевый волоконный лазерборское стеклоlaser cuttingthermal splittingelastic stressesfiber ytterbium lasersBor glassReferencesМачулка, Г.А. Лазерная обработка стекла / Г.А. Мачулка. – М.: Советское радио, 1979. – 135 с.Machulka G.A. Laser glass processing (Lazernaya obrabotka stekla). Moscow: Sovetskoe radio Publ., 1979; 135 p. (in Russ.).Григорьянц, А.Лазерная обработка неметаллических материалов / А.Григорьянц, A.A. Соколов. – М.: Высшая школа, 1988. – 192с.Grigor'yants A.G., Sokolov A.A. Laser treatment of non-metallic materials (Lazernaya obrabotka nemetallicheskikh materialov). Moscow: Vysshaya shkola Publ., 1988; 192 p. (in Russ.).Сhui, G.K. Laser cutting of hot glass/ G.K. Сhui // Amer. Ceram. Soc. Bull. – 1975. – Vol. 54. – No. 5. – P. 514–518.Chul G.K. Laser cutting of hot glass. Amer. Ceram. Soc. Bull.,1975;54(5):514–518.Lumley, R.M. Controlled separation of brittlo materials used a laser / R.M. Lumley // J. of the Amer. Cer. Soc. – 1969. – Vol. 48. – No. 9. – P. 850.Lumley R.M. Controlled separation of brittlo materials used a laser. J. of the Amer. Cer. Soc., 1969;48(9):850.Higuchi, T. Application of laser to drilling and cutting / T. Higuchi, T. Miyazama, H. Joshida // Mitsubishi Denki. – 1971. – Vol. 45. – No. 10. – P. 1298.Higuchi T., Miyazama T., Joshida H. Application of laser to drilling and cutting. Mitsubishi Denki, 1971;45(10):1298.Жималов, А.Б. Лазерная резка флоат-стекла в процессе его выработки / А.Б. Жималов [и др.] // Стекло и керамика. – 2006. – № 10. – С. 3–5.Zhimalov A.B., Solinov V.F., Kondratenko V.S., Kaplina T.V. Laser cutting of float glass during production. Glass and ceramics, 2006;63(9–10):319–321.Солинов, В.Ф. Раскрой листового силикатного стекла методом термораскалывания / В.Ф. Солинов, В.С. Кондратенко, В.М. Брауде // Техника, экономика, информация. – 1982. – Сер. Техника. – Вып. 6–7. – С. 47.Solinov V.F., Kondratenko V.S., Braude V.M. Cutting of silicate sheet glass by thermal cracking (Raskroi listovogo silikatnogo stekla metodom termoraskalyvaniya). Tekhnika, ekonomika, informatsiya. Ser. Tekhnika, 1982;(6–7):47 (in Russ.).Hermanns, C. Laser cutting of glass / C. Hermanns // Proc. SPIE 4102. – 2000. – P. 219–226.Hermanns C. Laser cutting of glass. Proc. SPIE, 2000;4102:(219–226).Kang, H.S. A study of cutting glass by laser / H.S. Kang [et al.] // Proc. SPIE 4426. – 2002. – P. 367–370.Kang H.S. Hong S.K., Oh S.C., Choi J.Y., and Song M.G. A study of cutting glass by laser. Proc. SPIE, 2002;4426:367–370.Кондратенко, В.С. Лазерное управляемое термораскалывание хрупких материалов / В.С. Кондратенко. – М.: МГУПИ, 2007. – 191 с.Kondratenko V.S. Laser driven thermal cracking of brittle materials (Lazernoe upravlyaemoe termoraskalyvanie khrupkikh materialov). Moscow: MGUPI Publ., 2007, 191 p. (in Russ.).Бучанов, В.В. Применение лазерной технологии для резки стеклоизделий / В.В. Бучанов [и др.] // Стекло и керамика. – 2014. – № 9. – С. 6–9.Solinov E.F., Solinov V.F., Buchanov V.V., Kustov M.E., Murav’ev E.N., Revenko V.I. Application of laser technology for cutting glass articles. Glass and Ceramics, 2015;71(9–10):306–308.Buchanov, V.V. Light–indused glass cutting / V.V. Buchanov [et al.] // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. – 2017. – Vol. 44. – No. 9. – P. 263–265.Buchanov V.V., Murav’ev E.N., Revenko V.I., Kazaryan M.A. Light–indused glass cutting. Bulletin of the Lebedev Physics Institute, 2017;44(9):263–265.Белкин, А.М. Лазерная резка тугоплавких стекол лучом ОКГ / А.М. Белкин // Электронная техника. Сер. 3. Газоразрядные приборы. – 1969. – Вып. 4. – C. 37.Belkin A.M. Laser cutting refractory glasses by a laser beam (Lazernaya rezka tugoplavkikh stekol luchom OKG). Elektronnaya tekhnika. Ser. 3. Gazorazryadnye pribory, 1969;4:37 (in Russ.).Белкин, А.М. Обрезка кварцевых изделий лучом лазера / А.М. Белкин // Электронная техника. Сер. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. – 1977. – Вып. 5. – C. 103.Belkin A.M. Pruning of quartz articles be a laser beam (Obrezka kvartsevykh izdelii luchom lazera). Elektronnaya tekhnika. Ser. 4. Elektrovakuumnye i gazorazryadnye pribory, 1977;5:103 (in Russ.).Мачулка, Г.А. Резка стекла лазерным лучом / Г.А. Мачулка, В.М. Гурьянов, Л.П. Муратова // Стекло и керамика. – 1972. – № 10. – C. 10.Machulka G.A., Gur'yanov V.M., Muratova L.P. Glass cutting with laser beam (Rezka stekla lazernym luchom). Steklo i keramika, 1972;10:10 (in Russ.).Webster, J.M. Laser in the glass industry / J.M. Webster // Glass. –1974. – Vol. 51. – No. 10. – P. 337.Webster J.M. Laser in the glass industry. Glass, 1974;51(10):337.A Guide to the Laser / ed. D. Fishlock. – McDonald, London. – 1967. – 163 p.A Guide to the Laser, ed. D. Fishlock. McDonald, London, 1967; 163 p.Бабенко, В.П. Газолазерная резка материалов / В.П. Бабенко // Квантовая электроника. – 1972. – № 5. – С. 3–21.Babenko V.P. Gas-Jet laser cutting (review). Soviet Journal of Quantum Electronics, 1973;2(5):399.Рыкалин, Н.Н. Лазерная обработка материалов / Н.Н. Рыкалин, А.А. Углов, А.Н. Кокора. – М.: Машиностроение. – 1975. – 295 с.Rykalin N.N., Uglov A.A., Kokora A.N. Laser processing of materials (Lazernaya obrabotka materialov). Moscow: Mashinostroenie Publ., 1975; 295 p. (in Russ.). [Реди, Д. Действие мощного лазерного излучения / Д. Реди. – М.: Мир. – 1974. – 468 с.Redi D. The action of high-power laser radiation (Deistvie moshchnogo lazernogo izlucheniya). Moscow: Mir Publ., 1974; 468 p. (in Russ.).Борода, В.И. Термораскалывание стеклянных трубок лазерным излучением / В.И. Борода, А.Ц. Вартаньянц, H.H. Карпов // Электронная промышленность. – 1976. – № 1. – С. 59–63.Boroda V.I., Vartan'yants A.Ts., Karpov H.H. Thermal splitting of glass tubes with laser radiation (Termoraskalyvanie steklyannykh trubok lazernym izlucheniem). Elektronnaya promyshlennost, 1976;1:59– 63 (in Russ.).Большов, В.Ф. Лазерная технологическая установка для резки профильного стекла / В.Ф.Большов [и др.] // Квантовая электроника. – 1971. – № 6. – С. 84.Bol'shov V.F., Gur'yanov V.M., Machulka G.A., Muratova L.P. Laser unit for cutting a glass beam. Soviet Journal of Quantum Electronics, 1972;1(6):625.Парфенов, Б.А. Лазерная установка «Квант20» для резки стекла / Б.А.Парфенов [и др.] // Электронная техника. Сер. 11. Лазерная техника и оптоэлектроника. – 1979. – Вып. 1(7). – С. 11.Parfenov B.A., Vydrina V.S., Zakharov V.G. et al. “Kvant-20” laser cutting machine for glass cutting (Lazernaya ustanovka “Kvant-20” dlya rezki stekla). Elektronnaya tekhnika. Ser. 11. Lazernaya tekhnika i optoelektronika, 1979;1(7):11 (in Russ.).Белоусов, Е.К. Управляемое термораскалывание стекла с помощью лазерного излучения/ Е.К. Белоусов [и др.] // Электронная промышленность. – 1978. – № 9. – С. 65.Belousov E.K., Kondratenko V.S., Machulka G.A., Chuiko V.V. Controllable thermal splitting of glass by means of laser radiation (Upravlyaemoe termoraskalyvanie stekla s pomoshch'yu lazernogo izlucheniya). Elektronnaya promyshlennost, 1978;9:65 (in Russ.).Higuchi, T. Application of laser to drilling and cutting. Mitsubishi Denki / T. Higuchi, T. Miyazama, H. Joshida // Mitsubishi Denki. – 1971. – Vol. 45. – No. 10. – P. 1298.Higuchi T., Miyazama T., Joshida H. Application of laser to drilling and cutting. Mitsubishi Denki, 1971;45(10):1298.Солинов, В.Ф. Раскрой листового силикатного стекла методом термораскалывания / В.Ф. Солинов, В.С. Кондратенко, В.М. Брауде // Техника, экономика, информация. Сер. Техника. – 1982. – Вып. 6–7. – С. 47.Solinov V.F., Kondratenko V.S., Braude V.M. Cutting of silicate sheet glass by thermal cracking (Raskroi listovogo silikatnogo stekla metodom termoraskalyvaniya). Tekhnika, ekonomika, informatsiya. Ser. Tekhnika, 1982;(6–7):47 (in Russ.).Кондратенко, В.С. Исследование и разработка процесса резки стекла методом лазерного управляемого термораскалывания: Автореф. канд. дис. тех. наук. – М., 1983. – 26 с.Kondratenko V.S. Research and development of the process of cutting glass by the method of laser controlled thermal splitting (Issledovanie i razrabotka protsessa rezki stekla metodom lazernogo upravlyaemogo termoraskalyvaniya: Avtoref. kand. dis. tekh.nauk). Moscow, 1983 (in Russ.).Коваленко, А.Д. Основы термоупругости / А.Д. Коваленко. – Киев: Наукова думка, 1970. – 306 с.Kovalenko A.D. Basics of thermoelasticity (Osnovy termouprugosti). Kiev: Naukova dumka Publ., 1970, 306 p. (in Russ.).Малов, И.Е. Разработка технологии управляемого термораскалывния листового стекла излучением твердотельного лазера: Дис. канд. тех. наук. – М., 2000.Malov I.E. Development of the technology of controllable thermal splitting of sheet glass by solid-state laser radiation: Ph.D. thesis (Razrabotka tekhnologii upravlyaemogo termoraskalyvniya listovogo stekla izlucheniem tverdotel'nogo lazera: Dis. kand. tekh. Nauk). Moscow, 2000 (in Russ.).Самарский, А.А. Экономичные разностные схемы для гиперболической системы уравнений со смешаннными производными и их применение для уравнений теории упругости / А.А. Самарский // Журнал вычислительной математики и математической физики. – 1965. – Т. 5. – № 1. – С. 34.Samarskii A.A. Economical difference schemes for a hyperbolic system of equations with mixed derivatives and their application to the equations of the theory of elasticity (Ekonomichnye raznostnye skhemy dlya giperbolicheskoi sistemy uravnenii so smeshannnymi proizvodnymi i ikh primenenie dlya uravnenii teorii uprugosti). Zhurnal vychislitel'noi matematiki i matematicheskoi fiziki, 1965;5(1):34 (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.