олимпиада школьников «Шаг в будущее»

Научно-образовательное соревнование «Шаг в будущее, Москва»

ШМ1562

Регистрационный номер

Машиностроительные технологии

название факультета

МТ-12

название кафедры

Исследование влияния параметров лазерного излучения на процесс лазерной очистки алюминия всех сплавов.

название работы

Автор:

фамилия, имя, отчество

наименование учебного заведения, класс

Научный руководитель:

фамилия, имя, отчество

место работы

звание, должность

подпись научного руководителя

Москва - 2014 Содержание

Метод маркировки	Преимущества	Недостатки
механическая	Низкая стоимость оборудования,Не требуется использование вредных химических реагентов	Низкое качество, низкая производительность
химическая	Низкая стоимость оборудования и расходных материалов, высокая производительность	требуется использование вредных химических реагентов, Низкая стойкость нанесённого изображения
лазерная	высокая производительность, высокое качество. Не изменяется баланс детали	Высокая стоимость оборудования

Общая характеристика работы

Актуальность работы

В авиастроении используются изделия из алюминиевых сплавов, соединяющиеся клёпаные, что негативно влияет на шумоизоляцию самолета и также утяжеляет его. Применение лазерной сварки, позволит снизить вес конструкции. Но при сварке появляется проблема, это оксидная пленка, образующаяся на поверхности алюминиевых сплавов, физические характеристики которой сильно отличаются от характеристик основного металла, которая также снижает свойства сварного шва.

Наличие оксидной пленки на поверхности алюминия и его сплавов затрудняет любые технологические процессы. Обладая высокой температурой плавления (2050°С), оксидная пленка не расплавляется в процессе сварки и покрывает металл прочной оболочкой, затрудняющей образование общей ванны, поэтому при сварке должны быть приняты меры для разрушения и удаления пленки и защиты металла от повторного окисления.

Для удаления этой пленки применяются различные способы очистки, например химическая, механическая, ультразвуковая. В последнее время все большее применение находит лазерная очистка, при которой можно значительно сократить время технологической операции.

Очистка поверхности является одной из базовых технологий во многих отраслях промышленности. Для некоторых видов производств – лакокрасочного, гальванического, сварочного - очистка поверхности является актуальнейшим вопросом, так как высокое качество очистки поверхности гарантирует высокий ресурс и надежность работы различных изделий.

Очистка в общем виде представляет собой операцию удаления поверхностного слоя, образованного какими-либо загрязнениями или покрытиями.

Необходимо отметить, что очистка поверхности заключается не только в удалении органических и неорганических загрязнений с поверхности и нанесенных ранее покрытий, потерявших свои служебные свойства в процессе эксплуатации, но и, в более широком смысле, в решении вопросов технологической и эксплуатационной наследственности поверхностного слоя, которая может сопровождаться сопутствующими эффектами, а именно:

• активацией поверхности,

• перераспределением остаточных поверхностных напряжений,

• и в результате всего вышеперечисленного, изменением механических, коррозионных, физико-химических и др. свойств поверхности.

В настоящее время имеется достаточно много традиционных методов очистки поверхности: механических, ультразвуковых, химических, электрохимических и других, успешно используемых в промышленности.

В процессе своего эволюционного развития и совершенствования, традиционные технологии очистки поверхности подошли к потенциальному технологическому пределу и не в полной мере удовлетворяют все более возрастающим требованиям промышленности по технологическим, технико-экономическим, экологическим показателям, а также возможности эффективного решения вновь возникающих в промышленности задач.

Как известно, пучок лазера является универсальным технологическим инструментом, обладающим уникально высокими удельными энергетическими характеристиками для обработки материалов. Обеспечивая плотности мощности в зоне воздействия на поверхность металла более чем 10⁸ Вт/см² излучение лазера открывает возможность испарения любых металлов при длительности воздействия импульса от нескольких десятков наносекунд и даже менее. При столь малой длительности энергетического воздействия зона термического влияния пренебрежимо мала и выгорания химических элементов на вновь образованной поверхности практически не происходит.

Высокая производительность лазерной очистки поверхности, достигающая нескольких квадратных метров в час, более высокая экологическая безопасность, отсутствие расходных материалов, высокая технологическая воспроизводимость процесса, а также возможность комплексно решать проблему очистки поверхности, удаляя одновременно как органические, так и неорганические загрязнения.

В данной работе мы исследовали лазерную очистку алюминиевых сплавов. Установили дополнительные технические приемы не позволяющие окисляться обрабатываемому изделию при лазерной очистке.

Методы очистки изделий

Традиционно дефекты поверхности и поверхностного слоя металла, органические и неорганические загрязнения удаляются механической, химической и электрохимической обработкой и другими методами. К ним относятся шлифование, полирование, струйно-абразивная обработка, обезжиривание, травление, активирование.

Химическая очистка

В основе метода химической очистки лежит применение концентрированных или разведенных химических реагентов в контакте с загрязненной поверхностью. Удаление загрязнения происходит путем растворения поверхностного слоя и части основного материала. Регулировать глубину очистки можно как подбором материала реагента, так и временем его нанесения.

Преимуществом метода химической очистки является его применимость к большим по площади поверхностям, в том числе сложной геометрической формы.

Главным недостатком химической очистки является образование большого количества второстепенных жидких отходов, представляющих собой продукты реакции кислоты с поверхностью. Как правило, в таком случае применяется их последующая обработка и фильтрация с целью уменьшения объема отходов предназначенных для хранения, что существенно увеличивает стоимость процесса очистки. Кроме того этот метод плохо применим для пористых материалов.