Международная телекоммуникатсионная конферентсия Молодеж и наука Ч.2 2015

Лазерная физика

HV, что также говорит о влиянии добавок наночастиц. Для покрытий с добавками нано-TaC имеется характерная концентрация в 5% при которой износостойкость увеличивается в 4 раза, а для нано-WC концентрация в 10-15% уменьшает износ в 2.5 раза, как видно из рис.1.

Рис.1. Результаты измерения износостойкости покрытий с различным химическим составом.

Данная работа показала, что добавки наночастиц тугоплавких соединений позволяют улучшать в 4-6 раз износостойкость покрытия по сравнению с подложкой, при этом необходимая концентрация составляет 5- 15%, в то время как концентрация WC в обычных коммерческих порошках составляет 40-60%.

В дальнейшем планируется провести исследования и сравнительный анализ добавок нанопорошков карбидов тантала и вольфрама с обычными коммерческими порошками как зарубежных, так и отечественных производителей.

Список литературы

1.Мурзаков М.А., Петровский В.Н., Бирюков В.П., Джумаев П.С., Польский В.И., Миронов В.Д., Прокопова Н.М. Влияние добавок наночастиц TaC на микроструктуру лазерных наплавок//Ядерная физика и инжиниринг. №1, 2014. Т.5. С.49-56.

2.Murzakov M. A., Petrovskiy V. N., Polski V.I., Mironov V.D., Prokopova N.M.,

Tret’yakov E.V. Influence of additions of nanoparticles TaC on a microstructure laser cladding. //23rd International Laser Physics Workshop (LPHYS’14): Journal of Physics: Conference Series

594, 2015.

3.Murzakov M. A., Petrovskiy V. N., Polski V.I., Markushov Y. V., Bykovskiy D.P. Structure formation and properties of weld overlay produced by laser cladding under influence of nanoparticles of high-melting compounds. //PLRT 2015: Physics Procedia 71, 2015, p. 202-206.

_______________________________________________________________________

Лазерная физика

Ю.В. МАРКУШОВ, Н.В. ГРЕЗЕВ Научный руководитель – Н.Н. ЕВИТИХИЕВ, д.ф.-м.н., профессор

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

ПРИМЕНЕНИЕ МОЩНЫХ ВОЛОКОННЫХ ЛАЗЕРОВ ДЛЯ СВАРКИ ТИТАНА

Данная работа направлена на развитие лазерных технологий сварки металлов и расширение границ применимости волоконных иттербиевых лазеров. В этой работе получено сварное соединение титановых пластин толщиной 16 мм. Проведены исследования макро- и микроструктуры сварных соединений, измерена микротвердость металла шва и зоны термического влияния. Для подтверждения качества полученного сварного соединения, представлены физико-механические испытания на статический разрыв, ударную вязкость, технологический загиб.

Титан и титановые сплавы с успехом применяются во многих областях промышленности в связи с их многочисленными преимуществами и уникальными свойствами, таких как низкий удельный вес, высокая прочность, отличная коррозионная стойкость, высокая температура плавления. Титан и титановые сплавы широко используются, например, в авиации, космосе, судостроении, химической промышленности, ядерной энергетики и в медицине.

Сварка чистого титана и титановых сплавов в большинстве случаев затруднена в связи с высокой химической активностью к атмосферным газам. Химическая активность титана продолжается вплоть до температуры

300°C. [1]

Лазерная сварка является одним из современных способов сварки и применительно к титановым сплавам обладает рядом преимуществ: низкая погонная энергия, малые остаточные напряжения, минимальные геометрические поводки, обеспечение высоких физико-механические свойств сварных соединений. В данной работе предлагается использовать волоконный иттербиевый лазер для сварки больших толщин многопроходным методом в узкую разделку. Такое сварное соединение показано на рис.1. Микроструктура такого шва имеет мелкозернистую структуру, что позволяет получать сварные соединения высокого качества, по прочности, превышающие основной металл. На рис. 2 и 3 представлены образцы до и после испытаний на статический разрыв.

_______________________________________________________________________

72 ISBN 978-5-7262-2222-6. XIX конференция «Молодежь и наука»

Лазерная физика

Рис. 1. Результат лазерной сварки титана толщиной 16 мм

Продемонстрирована возможность использования волоконных лазеров для выполнения сварки титанового сплава толщиной 16 мм. Измерения микротвердости не выявили области повышенной твердости, что указывает на качественную защиту ванны расплава в процессе кристаллизации сварного шва. Исследованы физико-механических свойства сварных соединений на статический разрыв, технологический загиб на угол 70˚. Получены результаты испытаний на ударную вязкость, которые показали повышение прочности металла шва на 127% относительно основного металла.

Сейчас уже есть возможность проведения многопроходной лазерной сварки стали [2] и титана. В дальнейшем планируется, используя эту технологию для сварки алюминиевых сплавов. Таким образом, будет расширен круг применения волоконных лазеров в промышленности.

Список литературы

1.Ю.М. Лахтин, Основы металловедения 1998 г. С.267-270.

Y. Markushov, N. Evtihiev, N. Grezev, M. Murzakov, Multipass Narrow Gap Laser Welding of Heavy Gauge Steel with Filler Wire. //PLRT 2015: Physics Procedia 71, 2015, p. 267-271.

_______________________________________________________________________

Лазерная физика

Д.П. БЫКОВСКИЙ Научный руководитель – В.Н. ПЕТРОВСКИЙ, к.ф.-м.н., доцент

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛОПАТОК АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

ИЗ НИКЕЛЕВЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОЙ НАПЛАВКИ

Разработка технологии восстановления деталей газотурбинного двигателя (компрессорных и турбинных лопаток из никелевых жаропрочных сплавов) из отечественных порошков с целью повышения ресурса работы отремонтированных деталей до уровня новых, тем самым значительно снизить себестоимость ремонта.

В процессе эксплуатации авиационного двигателя возникают задачи восстановления и ремонта изношенных деталей. Лопатки компрессора и турбины испытывают большие статические и динамические нагрузки во время работы двигателя.

Вследствие ударов мельчайшие частицы потока разрушают поверхностный слой пера лопатки. Появляющиеся в процессе абразивной эрозии надиры, царапины, вмятины, микротрещины становятся концентраторами напряжений и при многократном воздействии переменной нагрузки способствуют усталостному разрушению лопаток. Поэтому встает вопрос об устранении дефектов, полученных деталями в процессе эксплуатации.

Повреждения лопаток компрессора и турбины в процессе эксплуатации и изготовления является основной причиной досрочного снятия большого числа двигателей. Причинами повреждения лопаток при эксплуатации являются засасывание с поверхности аэродрома посторонних предметов, попадание птиц, камней. При эксплуатации лопаток турбин происходит износ торца пера лопаток, трущихся поверхностей и наблюдается падение коэффициента компрессии, что приводит к выводу агрегата из эксплуатации.

Велика вероятность появления дефектов и в процессе изготовления. Таким образом, проблема восстановления поврежденных или изношенных поверхностей является важным фактором повышения надежности и ресурса работы двигателей[1][2][3][4].

Одними из эффективных методов исправления указанных дефектов, позволяющим восстанавливать профиль поверхности, входных и выход-

_______________________________________________________________________

74 ISBN 978-5-7262-2222-6. XIX конференция «Молодежь и наука»

Лазерная физика

ных кромок лопаток, геометрию контактных полок, устранять термические трещины, является лазерная наплавка.

Существующая в настоящее время технология ремонта деталей газотурбинного двигателя методом электродуговой наплавки не удовлетворяет современным технико-экономическим требованиям эксплуатации. Технология восстановления изношенных деталей газотурбинного методом лазерной наплавки позволяет в значительной мере устранить недостатки, присущие существующей технологии и получить значительный экономический эффект. Преимуществами лазерной наплавки являются следующие факторы:

1.После лазерной наплавки требуется минимальная механическая обработка по сравнению с традиционным методом наплавки.

2.Технология лазерной наплавки позволяет в несколько раз снизить себестоимость и длительность ремонта за счет отказа от предварительного подогрева, последующей термообработки, снятия покрытия из хрома и его последующего нанесения, за счет минимальной последующей механической обработки.

3.Минимальный нагрев детали из-за малого размера лазерного луча в месте обработки (диаметр пятна составляет 0,5 мм).

4.Минимальные термические деформации [5].

Список литературы

1.Тарасенко Ю.П., Царева И.Н., Кривина Л.А. Повышение надежности и ресурса компрессорных лопаток газотурбинных двигателей газоперекачивающих агрегатов // Вестник научно-технического развития, 2011. №2. С.57-62.

2.Фомичев Е.О., Воронин Н.Н. Анализ существующих способов восстановления лопаток компрессора газотурбинного двигателя // Двигатель, 2013. №5. С.18-19.

3.Демин Ф.И., Проничев Н.Д., Шитарев И.Л. Технология изготовления основных деталей газотурбинных двигателей // Самара: Изд-во СГАУ, 2012.

4.Смыслова М.К., Мингажев А.Д., Селиванов К.С., Новиков А.В. Применение высокоэффективных реабилитационных технологий при восстановлении лопаток турбомашин из легированных сталей // Вестник УГАТУ, 2009, Т.12. №1. С.108-112.

5.Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки // Москва: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2006.

_______________________________________________________________________

Лазерная физика

О.Э. МОЛЧАНОВА Научный руководитель – А.П. КУЗНЕЦОВ, д.ф.-м.н. доцент

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

КОМПАКТНЫЙ МОНИТОР ДЛЯ НЕИНВАЗИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЙ МИКРОЦИРКУЛЯЦИЙ КРОВИ НА ОСНОВЕ СПЕКЛ-ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ

Целью работы является создание неинвазивной технологии для измерения скорости кровотока в микрососудах, принцип действия которой основан на явлении спекл-интерференции.

Предложенная в 1980-х годах, лазерная спекл-интерферометрия нашла свое применение во многих областях современной науки и техники. Данная технология привлекает к себе все большее внимания, в том числе и изза возможности ее применения в биомедицинских целях [1,2]. В частности, для мониторинга параметров кровеносной системы человека. Наиболее значимые преимущества данной технологии связаны с возможностью получать данные о состоянии пациента неинвазивным способом и в реальном времени, что является исключительной характеристикой среди подобных технологий.

Предметом исследования в рамках научно-исследовательской работы является разработка компактного устройства на основе принципов спеклинтерферции для измерения скорости кровотока в кровеносных микрососудах глаза, в частности в бульбарной конъюнктиве глаза.

При попадании лазерного света на диффузную поверхность, возникает спекл-картина. При этом, если диффузная среда движется, меняется и спекл-изображение исследуемой области. В результате, исходя из изменений положения спеклов, можно судить и о характере движения среды. На данном этапе исследования ведется создание именно такой системы обработки фото и видео материалов движущихся диффузных объектов.

Проведены предварительные эксперименты, и отработаны алгоритмы двухмерных измерений циркуляций крови в микрососудах.

Список литературы

1.Boas, D., Dunn, A. K. Laser speckle contrast imaging in biomedical optics // Journal of Biomedical Optics, 15(1), 011109 (2010). doi:10.1117/1.3285504.

2.Nadort, A., Woolthuis, R. G., van Leeuwen, T. G., Faber, D. J. Quantitative laser speckle flowmetry of the in vivo microcirculation using sidestream dark field microscopy // Biomedical Optics Express, 4(11), 2347–61. (2013) doi:10.1364/BOE.4.

_______________________________________________________________________

76 ISBN 978-5-7262-2222-6. XIX конференция «Молодежь и наука»

Лазерная физика

М.В. ПОНАРИНА Научный руководитель – А.П. КУЗНЕЦОВ, д.ф.-м.н., доцент

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

ТРЕХКООРДИНАТНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОРМЫ ИНДЕНТОРОВ НАНОТВЕРДОМЕРОВ С СУБНАНОМЕТРОВОЙ ТОЧНОСТЬЮ

Представлена разработка лазерного гетеродинного интерферометра, позволяющего определить функции поверхности наконечников зондов существующих

коммерческих нанотвердомеров.

Измерение твердости на нанометровом масштабе линейных размеров чрезвычайно актуально при исследовании тонких пленок и покрытий, а также при изучении свойств отдельных фазовых и структурных составляющих различных сплавов. Часто твердость, измеренную при малых глубинах внедрения индентора в материал, называют нанотвердостью. Величина твердости материала в нано-объеме определяется вдавливанием острого алмазного наконечника с одновременной регистрацией, приложенной к индентору нагрузки и перемещения индентора под действием этой нагрузки. При работе всех нанотвердомеров существует проблема точного определения формы индентирующего наконечника. Известно, что при взаимодействии с твердыми поверхностями, геометрия наконечника изменяется (затупление кончика, стачивание ребер и т.п.). Все эти параметры влияют на площадь поверхности наконечника зонда и, как следствие, на определение характеристик материала. Таким образом, для проведения достоверных измерений нанотвердости требуется обеспечение метрологического контроля формы наконечника индентора с субнанометровой точностью. В качестве основы для создания системы, способной проводить характеризацию формы поверхности инденторов нанотвердомеров, была выбрана лазерная интерферометрия, обеспечивающая высокую точность и метрологичность измерений.

В работе предлагается трехкоординатный гетеродинный лазерный интерферометр с поляризационным разделением лучей в опорном и измерительном плечах. Разработанная оптическая схема позволяет встраивать интерферометр в серийно выпускаемые нанотвердомеры. Диапазон измерений интерферометром по всем трем осям составляет 100х100х10 мкм, разрешение измерений 0,01 нм.

_______________________________________________________________________

ФИЗИКА ПУЧКОВ И УСКОРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА. ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ НЕТРАДИЦИОННОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Р.В. ДОНЕЦКИЙ, Я.В. ШАШКОВ Научный руководитель – Н.П. СОБЕНИН, д.т.н., профессор

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ РАЗМЕРОВ ГАРМОНИЧЕСКОГО РЕЗОНАТОРА НА ВНЕШНЮЮ ДОБРОТНОСТЬ ОСНОВНОЙ ВОЛНЫ

Исследовано изменение внешней добротности в структуре из двух гармонических сверхпроводящих резонаторов, работающих на частоте 800 МГц, при изменении основных размеров этих резонаторов.

Для цепочки сверхпроводящих гармонических резонаторов, работающих на частоте 800 МГц, рассчитано изменение внешней добротности

и частоты основной волны при отклонении основных размеров ре-

зонаторов относительно номинальных значений. Геометрия структуры, состоящей из двух резонаторов, дипольных и широкополосных каплеров и системы ввода мощности, представлена на рис. 1 [1]. Расчеты проводи-

лись в CST MWS [2].

Рис. 1. Геометрия ускоряющей структуры

________________________________________________________________________

78 ISBN 978-5-7262-2222-6. XIX конференция «Молодежь и наука»

Ускорительная техника, физика пучков…

Геометрические размеры резонатора представлены в таблице 1 и обозначены на рис. 1.

Таблица 2. Изменение внешней добротности и частоты основной волны при изменении параметров резонатора

При изменении значения каждого параметра на внешняя добротность основной волны изменяется менее чем в 3 раза. Частота ос-

новной волны изменяется менее чем на 5 МГц. Эти данные необходимо учитывать при задании точности изготовления резонаторов.

Список литературы

1.Comparison of higher order modes damping techniques for 800 MHz single cell superconducting cavities // Ya. V. Shashkov et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, v. 767, 2014, p 271–280.

2.http://www.cst.com // CST Studio Suite User Manual

_______________________________________________________________________