1. Лазерная поверхностная обработка, как технологическая система. 2
2. Дать развернутый анализ всех факторов и параметров процесса лазерной поверхностной обработки, их причинно-следственные связи; управляющие факторы. 6
3. Разработать алгоритм управления процессом лазерной поверхностной обработки, как самообучающейся системы. 7
4. Основные факторы и параметры, определяющие процесс лазерной поверхностной обработки. 9
5. Способы и устройства измерения мощности лазерного излучения. 10
6. Мощность лазерного излучения. Проходные измерители мощности, конструкции, область применения. 13
7. Методы и устройства измерения энергетических параметров лазерных пучков. Измерители типа «РСИ». 15
8. Пространственная структура выходных лазерных пучков, способы ее изменения и измерения ее характеристик (формы, размеров, распределения интенсивности). 17
9. Способы управления формой, размерами и распределением интенсивности сфокусированных лазерных пучков, методы их измерения. 20
10. Фокусирование лазерных пучков с Гауссовым распределением интенсивности и методика расчета df и di(Li) с учетом аберраций сферической линзы. 22
11. Особенности фокусирования сферическими линзами многомодовых пучков, методика расчета df, di(Li) и величины перетяжки. 24
12. Фокусирование лазерных пучков сферическим зеркалом, определение параметров фокусирования. 27
13. Системы фокусирования со сферическими зеркалами (тороидальными, фокусаторами, интегральными, специальными и др.) 28
14. Применение сканирующих систем при лазерной поверхностной обработке, конструкция и характеристики устройств. 31
15. Физические процессы, протекающие в материалах при лазерной поверхностной обработке с причинно-следственными связями. 33
16. Процесс поглощения (закономерности, коэффициент поглощения, поглощательная способность). 34
17. Пространственная структура выходных лазерных пучков, способы ее изменения и измерения ее характеристик (формы, размеров, распределения интенсивности). 37
18. Поглощательная способность материалов, ее изменение в зависимости от параметров лазерной обработки, способы и устройства ее измерения. 40
19. Способы повышения поглощательной способности материалов при лазерной поверхностной обработке. 42
20. Основные факторы, определяющие поглощательную способность материалов при лазерной обработке с характеристикой взаимосвязей, способы ее измерения. 45
21. Влияние свойств лазерного излучения и обрабатываемого материала на поглощение; методы его увеличения. 47
22. Определение температур в поверхностном слое материалов при действии импульсного лазерного излучения. 49
23. Определение глубины зоны термического влияния (закалки) в поверхностном слое материалов при действии импульсного лазерного излучения. 52
24. Определение температур в поверхностном слое материалов при действии непрерывно действующего движущегося теплового источника (лазерного луча). Способы упрощения расчетов. 55
25. Методика расчета режимов лазерной обработки для получения упрочненного слоя в конкретном материале заданной глубины, ширины и твердости. 57
26. Методика расчета режимов лазерной обработки для получения максимальной глубины упрочненного слоя. 60
27. Методика расчета режимов лазерной обработки сканирующим лучом. 61
28. Общая характеристика структурно-фазовых превращений в сталях при лазерном облучении: нагрев, охлаждение, критические точки, критические скорости охлаждения, влияние содержания углерода. 64
29. Структурно-фазовые превращения в высоколегированных сталях при лазерном нагреве. 66
30. Особенности структурных превращений в чугунах при лазерном нагреве. 67
31. Структурно-фазовые превращения в углеродистых сталях при лазерной обработке. 68
32. Структурно-фазовые превращения в малоуглеродистых сталях при лазерной обработке. 69
33. Структурно-фазовые превращения в среднеуглеродистых сталях при лазерной обработке. 70
34. Структурно-фазовые превращения в заэвтектоидных сталях при лазерной обработке. 71
35. Особенности структурно-фазовых превращений в низколегированных сталях. 72
36. Особенности структурно-фазовых превращений в высоколегированных сталях. 73
37. Механизм лазерного упрочнения сталей, чугунов, цветных сплавов. 74
38. Особенности структурно-фазовых превращений в титановых и алюминиевых сплавах при лазерном нагреве. 75
39. Механизм лазерного упрочнения металлов. 77
40. Применение сканирующих систем при лазерной поверхностной обработке. Достоинства, недостатки, конструкции. 78
41. Влияние исходного структурного состояния сталей на характеристики упрочненного слоя (глубина, твердость, структура…) 79
42. Технологические схемы лазерного упрочнения импульсным и непрерывным излучением. 81
43. Износостойкость, коэффициент трения и коррозионная стойкость материалов, упрочненных лазерным излучением. 83
44. Влияние лазерного облучения на характер и величину остаточных напряжений. 84
45. Теплостойкость и износостойкость материалов, упрочненных лазерным излучением. 85
46. Влияние лазерной обработки на механические характеристики материалов. 86
47. Лазерное легирование и наплавка. Способы введения легирующих и наплавляемых материалов в ЗЛН. Характеристики, достоинства, недостатки. 87
48. Способы лазерного легирования и наплавки из предварительно нанесенного слоя. Принцип, область применения, достоинства, недостатки. 90
49. Инжекционный способ легирования и наплавки (лазерная газопорошковая наплавка (ГПЛН)). Особенности, схемы процесса, характеристики, технологические возможности. 92
51. Лазерное микролегирование и наплавка из предварительно нанесенного слоя. Механизмы движения расплавленного металла. 93
52. Механизм лазерного микролегирования материалов. 94
53. Материалы (порошки), применяемые для лазерного микролегирования и наплавки. 95
54. Оборудование для поверхностной (упрочнение, легирование, наплавка) лазерной обработки (структурные схемы, типы и характеристики лазеров и других узлов ЛТК). 96
1. Лазерная поверхностная обработка, как технологическая система.
Если рассматривать лазерную ПО как технологическую систему, то в ее центре следует разместить физико-химические процессы. Эти параметры физико-химических процессов находятся в прямой зависимости от следующих трех групп факторов:
характеристики лазерного луча как инструмента;
характеристики обрабатываемой детали;
условия взаимодействия лазерного излучения с материалом.
Процесс лазерной обработки целесообразно представить в виде технологической системы, которая включает основные процессы, факторы и параметры их обусловливающие, причинно-следственные связи между ними.
Основные процессы носят преимущественно тепловой характер и поэтому характеризируются 4-мя основными параметрами:
Тн – температура нагрева;
tн – время нагрева;
Vо – скорость охлаждения;
Vн – скорость нагрева;
Рис.4. Схема основных факторов и параметров лазерной поверхностной обработки
Обеспечивая в точности определённый комплекс этих параметров можно, независимо от вида теплового источника, получить в материале искомый процесс и его технологический результат.
Комплекс параметров процесса зависимости от трёх групп основных факторов:
Факторы отражающие влияние лазерного луча.
К ним следует отнести:
Длина волны излучения
Рис.3. Длины волн излучения
Мощность излучения.
Распределение мощности в пятне фокусирования.
Форма и размеры пятна фокусирования.
Как правило пятно фокусирования, и его форма связана с пространственным распределением интенсивности и может быть в виде: круга, кольца, эллипса, квадрата, прямоугольника.
Поляризация
Как правило применяется круговая или циркулярная и линейная поляризация в зависимости от режимов обработки:
-- импульсный:
Энергия излучения.
Длительность импульса.
Частота импульсов.
Скважность импульса (соотношение длительности и паузы).
Временная структура импульса.
-- режим сканирования:
Амплитуда сканирования
Частота сканирования.
Закон сканирования.
Группа факторов, что отражают условия взаимодействия лазерного излучения и обрабатываемого материала. Включает:
Скорость относительного движения.
Технологическая схема взаимодействия.
Характер окружающей среды (химический состав).
Температура окружающей среды.
Характеристики дополнительного источника энергии.
Группа факторов, что отражает влияние обрабатываемого изделия и включает:
Факторы определяемые изделие: форма, размер
Факторы определяемые материал:
Теплофизические свойства.
Химический состав.
Электропроводность.
Структура.
Поглощающая способность:
1). Шероховатость поверхности.
2). Покрытие:
Химический состав.
Толщина.
Пористость.
Теплофизические свойства.
Дисперсность.
Термостойкость.
Выходными параметрами технологической системы является:
характеристики качества поверхностного слоя.
Характеристические качества поверхности определяет конечный результат обработки, то есть эксплуатационные характеристики .
Процесс разработки технологии ЛПО начинается с этих 2-х показателей. Затем определяется условие (температура нагрева, время нагрева, скорость нагрева и скорость охлаждения) при которых реализуются искомые характеристики.
Следующий этап – определение технологических параметров (3 группы), при которых гарантированно обеспечиваются необходимые условия. Поскольку количество факторов очень большое то из них следует выделить управляющие (изменением которых управляется режим нагрева) и параметры которые необходимо контролировать и стабилизировать на определённом уровне.
Управляющие параметры:
Мощность или энергия лазерного излучения.
Размер, площадь пятна фокусирования.
Скорость относительного движения луча и детали.
Частота следования импульсов.
Длительность импульса.
Распределение мощность в пятне фокусирования.
Поглощательная способность.