6. СЕКЦИЯ ЛАЗЕРНЫХ СИСТЕМ И ЛАЗЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

В процессе работы электрогазоразрядного лазера с замкнутым контуром активная среда изменяется, применение различных регенерирующих устройств не решает полностью проблемы ухудшения качества активной среды, либо требует существенного усложнения конструкции, вследствие изменения среды падает плотность мощности излучения в пятне. В данной работе предлагается решение задачи стабилизации выходной мощности посредством использования лазера с разомкнутым контуром, при разомкнутом контуре параметры среды могут чётко выдерживаться за счёт того, что каждый раз в разрядный промежуток поступает новая среда. Лазерная смесь нарабатывается непрерывно в процессе работы лазера путём каталитической реакции углекислого газа (СО₂) с пропаном (С₃Н₈) нарабатывается окись углерода (СО). Наработанная смесь поступает в сопловой блок где происходит смешение с воздухом и ускорение потока до сверхзвуковых скоростей. Криогенные температуры активной смеси достигаются за счёт ускорения до сверхзвуковых скоростей. После соплового блока сверхзвуковой поток поступает в разрядный промежуток где горит ВЧ разряд. После разрядного промежутка сверхзвуковой поток тормозится до дозвуковых скоростей, заторможенный поток проходит через катализатор где происходит конверсия окиси углерода (СО) в углекислый газ (СО₂) с последующим выбросом в атмосферу. Создана математическая модель процесса наработки окиси углерода (СО), расширения в сопловом блоке, возбуждения активной смеси в разрядном промежутке, конверсии окиси углерода (СО) в углекислый газ (СО₂). Проведена оценка расхода компонентов необходимых для создания активной смеси, как показывают предварительные расчеты на один час работы требуется около одного балона углекислого газа (СО₂) и около одного балона пропана (С₃Н₈). Экологическая безопасность решается путём конверсии окиси углерода (СО) в углекислый газ (СО₂) перед выбросом в атмосферу.

УДК 669.268;621.793.6

Поверхностное пластическое деформирование (ППД) авиационных сплавов дает возможность получать поверхности деталей с сжимающими остаточными напряжениями, мелко дисперсной структурой, сглаженной формой микронеровностей при значительной площади опорной поверхности. Эффект от использования ППД значительно возрастает, если его проводить в сочетании с другими методами упрочнения (например, последовательно обрабатывать лучом лазера). Успешное применение комбинированных методов поверхностного упрочнения авиационных сплавов возможно лишь при условии формирования оптимальной структуры контактирующих поверхностей, что предопределяет получение требуемых эксплуатационных свойств изделия. Целью исследования является определение критериев оптимизации структуры поверхностного слоя при интенсификации лазерного упрочнения сплавов с предварительным пластическим деформированием.

Установлено, что созданные путем ППД несовершенства кристаллического строения во многом определяют механизм и кинетику фазовых и структурных превращений в материале, а поэтому формирование окончательной структуры сплава и его свойств в случае проведения лазерной обработки после ППД происходит в условиях повышенной плотности несовершенств кристаллического строения основных фаз металла. Ускорение двухфазного распада мартенсита после лазерной обработки также повышает плотность дефектов, обеспечивая высокую износостойкость поверхностного слоя деталей.

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ

Для экспериментального исследования распределения температур напыляемой фазы в плазменной струе в качестве видеодатчика использовались цветная видеокамера Panasonic (модель NV-RX10EN/EU), что дает возможность реализовать оптические пирометры следующих типов: пирометры суммарного излучения (ПСИ); пирометры частичного излучения (ПЧИ); пирометры спектрального отношения (ПСО). Обработка изображений с целью извлечения температурной информации потребовала создания программного обеспечения преобразования файлов изображения формата bmp в формат mcd и обратно, т.к. для вычисления температурных параметров использовался пакет Mathcad.

В пробных экспериментах были использованы алгоритмы, реализующие обработку сигнала по следующим формулам: , , , где Т - температура, Е - нормированная интенсивность суммарного или цветового излучения. Наилучшее качество получилось при реализации ПЧИ, когда используется лишь зеленая часть спектра излучения тела, промежуточное - при ПСИ. При реализации ПСО для правильной интерпретации результатов необходимо исключить области изображения, на которых струя отсутствует, т.к отношение интенсивностей излучения в них имеет случайный характер.

О ВЛИЯНИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТИЦ ПО РАЗМЕРАМ

Исходными данными для расчетов служили: экспериментальная гистограмма распределения и ПДК частиц, равная 900 мг/м³ в слое толщиной 1м. С помощью табличного процессора Excel были рассчитаны для нормального распределения: среднее значение d_ср=1,24мкм и стандартное отклонение s _н=1,62мкм; для логарифмически-нормального - средний геометрический диаметр d_g=0,90мкм и стандартное геометрическое отклонение s _g=2,00. Далее, используя эти параметры распределений, в среде Mathcad рассчитывались Т и D для обоих распределений.

Научные руководители – проф. Журавлёв О.А., доц. Шапошников Ю.Н.

Создано технологическое программное обеспечение лазерной резки неметаллических материалов на лазерном комплексе ЛК-1300 "Хебр-1А". Разработано программное обеспечение для автоматизированной обработки изображения в управляющую программу при проведении профилирования листовых древесных, резиносодержащих, композитных материалов и пластмасс. Программное обеспечение для автоматизированной обработки изображения в программу ЧПУ ЗИТ-500М лазерного комплекса ЛК-1300 "Хебр-1А" и управления технологическим модулем с персонального компьютера используется в комплекте с разработанной программой CUTER. При совмещении операций лазерной резки и штриховки (гравировки) материалов перед операциями перекодировки и пересчета элементарных перемещений траектории перемещения светового пятна в программе CorelDRAW-10 контур резки отделяется от контура штриховки.

Лазерное оплавление покрытий непосредственно в процессе плазменного напыления из-за больших градиентов температур вызывает интенсивные тепловые потоки. Они ускоряют массоперенос по всей зоне расплава. В покрытиях осуществляется лазерное легирование при массопереносе конвективным перемешиванием и за счет диффузии материалов в жидкой и твердой фазах. Химические реакции на поверхности покрытия не оказывают решающего значения. Зона лазерного воздействия имеет строение схожее при лазерной закалке с оплавлением. Диффузия расплавленных элементов в зону термического влияния обычно происходит на расстоянии не более 10 мкм. В некоторых случаях перераспределение легирующих элементов в твердой фазе достигает глубины δ ~ 200...300 мкм. Это возможно при образовании блоков в твердом сплаве, тонких каналов жидкой фазы по границам зерен и массопереноса по ним. Быстрые локальные деформации в твердой фазе создают дислокационное перемешивание атомов. При высоких скоростях кристаллизации возникает структура с отсутствием слоистости. Все фазы в легированной зоне перемешаны равномерно по глубине.

При газотермическом способе нанесения покрытия КТП35Н + 85Н карбиды титана закрепляются в слое пластического никеля. Это обеспечивает высокую износостойкость покрытия. Возможность форсировать режимы эксплуатации покрытия без изменения его состава обеспечивает одновременная лазерная обработка напыленного слоя. Достигается увеличение прочности сцепления покрытия на 90%. Повышение адгезионной прочности на 20% многослойной системы (КТП35Н +85Н) с подслоем НА67, нанесенной на подложку из АЛ4Т6, возможно при реализации режимов с высокоскоростным оплавлением ее верхнего слоя. При этом происходит заплавление пор, трещин, осуществляется приварка покрытия к подложке. В зоне оплавления квазиэвтектическая структура отличается мелкодисперсностью. Одновременную плазменную и лазерную обработки проводят с оплавлением поверхностного слоя на глубину δ ~ 50^.10^-3 м при толщине покрытия вместе с подслоем δ = (500...600)^.10^-3 м.

В ходе доводочных испытаний энергетических установок и их отдельных агрегатов зачастую довольно сложно, а в некоторых случаях и невозможно предсказать динамику взаимодействия различных элементов конструкции между собой и их влияние на общую картину колебаний. Для исследования колебаний применяются различные методы контактных и бесконтактных измерений, позволяющие производить оперативную диагностику элементов конструкций. Одним из бесконтактных методов является метод лазерной электронной спекл-интерферометрии. Для изучения возможностей метода при виброметрии конструкций в сборе на кафедре "Автоматические системы энергетических установок" был создан лазерно-компьютерный стенд с электронным спекл-интерферометром. В докладе представлены результаты применения спекл-интерферометра при исследовании распределений амплитуд и фаз колебаний диска в конструкции виброопоры с пьезоэлектрическим приводом.

Решение данной задачи возможно при формировании на несущих поверхностях летательного аппарата образований из неравновесной плазмы. Использование неравновесной плазмы приводит к сглаживанию фронтов и ослаблению ударных волн, ламинаризации пограничного слоя. Следствием наблюдаемых эффектов становится возможность 5-6-ти кратного снижения лобового сопротивления ЛА, повышение его экономичности и рентабельности. В докладе рассмотрены схемы снижения аэродинамического сопротивления ЛА на основе лазерной искры и незавершенных скользящих разрядов (НСР). Представлены экспериментальные результаты обдува модели крыла с НСР в дозвуковой аэродинамической трубе ТБ - 3.

Качество получаемых покрытий во многом зависит от геометрических и теплофизических параметров плазменного факела напыляющего устройства. Для изучения характера влияния параметров факела проведено фиксирование плазменного сгустка видеокамерой с последующей компьютерной обработкой. Проведённый анализ показал, что в факеле плазмотрона с вихревой стабилизацией электрической дуги из-за воздействия центробежных сил наблюдается крайне не эффективное распределение напыляемого порошкового материала, приводящее к его потерям (30-40%) и требующее повышенных затрат энергии для прогрева материала подложки до температуры химического взаимодействия. С целью оптимизации геометрических параметров плазменного факела разработана специальная конструкция плазмотрона с выходным соплом прямоугольной формы. Такая конструкция плазмотрона позволяет получить плазменный факел с большой плотностью потока порошкового материала из-за отсутствия центробежных сил. Кроме того, плазменный факел имеет поперечное сечение близкое к прямоугольному, что даёт возможность в 2-3 раза уменьшить расстояние проходимое через него лазерным излучением. В результате уменьшается доля поглощаемого излучения и в меньшей степени проявляются дефокусирующие свойства плазмы. Прямоугольная форма пятна нагрева от плазменного сгустка в полной мере совмещается с пятном нагрева от сфокусированного лазерного излучения, сканируемого перед ним поперёк направления движения системы напыления и позволяет значительно уменьшить ширину перекрытия обрабатываемых зон.