Preview

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ПРОЦЕСС ЛАЗЕРНОЙ ТЕРМООБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ

https://doi.org/10.18323/2073-5073-2018-2-6-13

Полный текст:

Аннотация

Современные методы лазерной обработки материалов активно внедряются в производство. Однако широкое их применение в машиностроении сдерживается высокой энергоемкостью процессов и неизученностью сложных быстропротекающих процессов таких технологий обработки. Статья посвящена гибридным лазерным технологиям обработки материалов, в частности лазерно-полевой закалке металлов. Проведено теоретическое исследование процесса лазерного взаимодействия с металлом; показано, что коэффициент отражения лазерного излучения и глубина его проникновения зависят от электропроводности скин-слоя. Выявлены основные взаимосвязи показателей качества обработанного слоя с параметрами лазерно-полевого технологического комплекса. Приведены результаты исследований по гибридной лазерно-полевой закалке в электростатическом поле широко используемых в машиностроении сталей (Сталь 10, Сталь 45, Сталь 65Г). Показано, что наложение электростатического поля на зону обработки приводит к увеличению глубины и твердости закаленного слоя за счет направленного движения электронов в глубь металла. Предложена математическая модель распределения температурного поля в металле под воздействием лазерного излучения, учитывающая наложение электростатического поля и позволяющая исследовать динамику технологического процесса закалки. Математически обосновано ограничение увеличения скорости охлаждения материала путем направленного движения электронов в электростатическом поле. Рассчитаны конкретные значения коэффициента влияния электростатического поля. Показано, что при наложении внешнего поля пороговое, критическое значение плотности мощности лазерного излучения, вызывающего оплавление обрабатываемой поверхности, увеличивается. Предложены конкретные математические модели для использования при подготовке производства для определения требуемой мощности лазерного излучения и напряженности электростатического поля. На основании полученных результатов предложена принципиальная технологическая схема, разработана и изготовлена установка лазерно-полевого технологического комплекса.

Об авторах

Д. А. Башмаков
Набережночелнинский институт (филиал) Казанского (Приволжского) федерального университета
Россия

Башмаков Дмитрий Александрович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры высокоэнергетических процессов и агрегатов

423810, г. Набережные Челны, пр-т Мира, 68/19



Г. А. Туричин
Санкт-Петербургский государственный морской технический университет
Россия

Туричин Глеб Андреевич, доктор технических наук, исполняющий обязанности ректора

190008, г. Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, 3



Список литературы

1. Башмаков Д.А. Управление процессом лазерного термоупрочнения металлов в электрическом поле: дис. … канд. тех. наук. Набережные Челны, 2010. 151 с.

2. Kuznetsov I.N., Zvezdin V.V., Israfilov I.H., Portnov S.M. Automatic control system of high precision welding of workpieces in mechanical engineering // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2014. Vol. 69. № 1. P. 012029.

3. Шлякова Е.В., Мозговой И.В., Соловьев А.А. Исследование влияния лазерного облучения на стойкость к электрохимической коррозии материала гильз цилиндров двигателя внутреннего сгорания // Омский научный вестник. 2008. № 2 (68). С. 22–25.

4. Песошин В.А., Звездин В.В., Портнов С.М., Кисаев Р.А., Кузнецов И.Н. Исследование процесса влияния изменения мощности при газолазерной резке металлов // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. 2010. № 2. С. 43–46.

5. Туричин Г.А., Цибульский И.А., Кузнецов М.В., Ахметов А.Д., Величко О.В. Лазерно-дуговая сварка в различных пространственных положениях // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2013. № 183-1. С. 218–225.

6. Туричин Г.А., Цибульский И.А., Кузнецов М.В., Сомонов В.В. Гибридная лазерно-дуговая сварка металлов больших толщин // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2010. № 110. С. 181–187.

7. Туричин Г.А., Цибульский И.А., Валдайцева Е.А., Карасев М.В. Теория и технология гибридной сварки металлов больших толщин // Лучевые технологии и применение лазеров: 6-я междунар. конф. СПб., 2009. С. 11–18.

8. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Чирков А.М. Гибридные технологии лазерной сварки. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 52 с.

9. O’Briant A.S., Gupta S.B., Vasu S.S. Review: laser ignition for aerospace propulsion // Propulsion and Power Research. 2016. Vol. 5. № 1. P. 1–21.

10. Akashi N., Oigawa Y., Hosokawa H., Horisawa H. Plasma Acceleration Characteristic of a Rectangular Laser-Electromagnetic Hybrid Thruster // 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference 2014. Cleveland, 2014. P. 1585–1594.

11. Yadi M., Karimzadeh R., Abbasi A. Effect of treatment by electrostatic field and 532-nm laser irradiation on optical and thermo-optical properties of graphene oxide colloids // Journal of Materials Science. 2017. Vol. 52. № 8. P. 4532–4542.

12. Khisamutdinov R.M., Zvezdin V.V., Israfilov I.H., Saubanov R.R., Rakhimov R.R., Spirin A.A. Study of processes of steels surfaces modification with highly concentrated energy flows // Journal of Physics: Conference Series. 2016. Vol. 669. № 1. P. 012024.

13. Паркин А.А. Технология обработки концентрированными потоками энергии. Самара: СГТУ, 2004. 494 с.

14. Звездин В.В., Башмаков Д.А. Повышение энергоэффективности при лазерной закалке // Энергоресурсоэффективность и энергосбережение: труды IX Междунар. симпозиума. Казань, 2008. С. 369– 371.

15. Заморский В.В. Повышение качества системы управления лазерным технологическим комплексом сварки ответственных деталей: дис. … канд. тех. наук. Набережные Челны, 2003. 126 с.

16. Башмаков Д.А., Исрафилов И.Х., Исрафилов Д.И. Исследование влияния лазерной обработки на химический состав металлов // Машиностроение и техносфера XXI века: сб. трудов XXI междунар. науч.- тех. конф. Донецк: МСМ, 2014. С. 107–108.

17. Валиахметов Р.Р. Совершенствование системы управления лазерного технологического комплекса по критериям качества: дис. … канд. тех. наук. Набережные Челны, 2004. 152 с.

18. Башмаков Д.А. Модель расчета параметров лазерного термоупрочнения, учитывающая влияние электростатического поля // Социально-экономические и технические системы: исследование, проектирование, оптимизация. 2010. № 2. С. 10–14.

19. Звездин В.В., Каримов Р.Б., Хамадеев А.В. Модель формирования микроструктур в металлах при лазерной обработке // Проектирование и исследование технических систем: межвуз. науч. сб. Набережные Челны, 2007. С. 150–154.

20. Тамм И.Е. Основы теории электричества. М.: Физматлит, 2003. 615 с.

21. Миронова Г.А. Зонная структура электронного энергетического спектра в твердых телах. Модели свободных и сильно связанных электронов. М.: Физический факультет МГУ, 2001. URL:nature.web.ru/db/msg.html?mid=1174320&uri=page14.html.


Для цитирования:


Башмаков Д.А., Туричин Г.А. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ПРОЦЕСС ЛАЗЕРНОЙ ТЕРМООБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ. Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2018;(2):6-13. https://doi.org/10.18323/2073-5073-2018-2-6-13

For citation:


Bashmakov D.A., Turichin G.A. THE INFLUENCE OF THE ELECTROSTATIC FIELD ON THE LASER THERMO-PROCESSING OF METALS. Science Vector of Togliatti State University. 2018;(2):6-13. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2073-5073-2018-2-6-13

Просмотров: 19


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2073-5073 (Print)
ISSN 2712-8458 (Online)