Проведено детальне теоретичне дослідження та математичне моделювання фізичних явищ, що відбуваються у процесі взаємодії лазерного пучка з дуговою плазмою, а також за умов їх спільної взаємодії з поверхнею оброблюваного металу. Встановлено, що в системі електрична дуга - лазерний пучок можливе виникнення комбінованого лазерно-дугового розряду, який можна використовувати для створення нового комбінованого зварювання, різання та модифікації поверхні. Розроблено принципи побудови та методи розрахунку таких пристроїв, створено дослідні зразки інтегрованих плазмотронів для лазерно-плазмового зварювання та порошкового наплавлення. Досліджено технологічні можливості розроблених плазмотронів, визначено основні причини більш високої ефективності комбінованих процесів у порівнянні зі звичайними дуговими та лазерними технологіями. Виконано теоретичні дослідження, розроблено математичні моделі та проведено числове моделювання процесів лазерної та плазмової взаємодії з дисперсними матеріалами, створено програмне забезпечення для комп'юбтерного моделювання процесу плазмового напилювання.

  Скачати повний текст

Проаналізовано сучасний стан розвитку лазерних технологій в галузі інженерії поверхні та показано відсутність систематизованих наукових основ лазерного та гібридного наплавлення та модифікування. Це не дозволяє розвивати нові технологічні підходи та розширювати спектр задач, які доцільно вирішувати методами лазерної поверхневої обробки. Створено математичну модель, за допомогою якої можна визначати параметри режиму обробки шляхом оптимізації розподілу температури за глибиною системи "наплавлений шар - основний метал" за критерієм мінімізації тепловкладання. Дослідження фізико-металургійних особливостей процесів наплавлення та модифікування металевих поверхонь дозволяють за рахунок оптимізації термічних циклів знижують залишкові напруження оброблених шарів, які призводять до мінімізації тріщиноутворення, а також встановлюють критерії усунення внутрішніх пор і відшарування покриттів. Встановлено, що гібридні процеси сприяють значному зниженню рівня залишкових напружень і коефіцієнта тріщиноутворення в наплавлених шарах, зниженню припуску під фінішну механічну обробку у кілька разів, а також зниженню коефіцієнта тертя оброблених поверхонь з одночасним підвищенням їх задиростійкості. Створено узагальнену розрахунково-експериментальну методику вибору параметрів технологічного режиму для процесів лазерного та гібридного наплавлення та модифікування металевих поверхонь.

  Скачати повний текст

Доведено можливість керування в широкому діапазоні розподілом потужності, формою перерізу лазерного променя деталі під час її обробки, а також тепловим станом, з використанням аберації сферичного дзеркала. З метою даного керування розроблено відповідні теоретичні та експериментальні моделі. Базуючись на отриманих експериментальних та математичних залежностях, наведено рекомендації щодо підвищення ефективності лазерної обробки шляхом оптимального використання сферичних дзеркал. Розроблено спеціальну фокусувальну систему та алгоритм розрахунку її оптичних параметрів для отримання на виході з неї променя з оптимальними просторовими характеристиками.

  Скачати повний текст

Розроблено та досліджено нові високоефективні лазерні процеси обробки матеріалів і металевих розплавів. Створено наплавлення на основі твердих розчинів, рідкометалічних емульсій і суспензій. Наведено способи одержання литих композиційних матеріалів за допомогою лазерного опромінення та створено пристрої для реалізації зазначених процесів. Проведено детальні теоретичні дослідження, математичне та фізичне моделювання явищ, що відбуваються під час взаємодії лазерного променя з твердими та рідкими металами та сплавами. Виявлено поведінку неметалічних включень у чавунах і сталях та їх роль у процесі формування стуктурно-фазового стану у зоні впливу лазерного випромінювання. Досліджено вплив комбінованого лазерно-плазмового джерела енергії на поверхню залізовуглецевих сплавів, механізми їх спільного впливу на формування мікрометалургійної ванни розплаву, кінцеву структуру та властивості сплаву. Теоретично досліджено взаємодію лазерного випромінювання з дисперсними частинками. Визначено принципи формування емульсійного та суспензійного розплавів за умов лазерного опромінення твердих матеріалів і порошкових сумішей. Сформульовано принципи одержання лазерних композиційних наплавлень емульсійних і суспензійних розплавів. Здійснено математичне моделювання й обгрунтовано процеси лазерної аморфізації сплаву, одержання та нанесення аморфно-мікрокристалічних покриттів. За результатами дослідження процесів лазерного опромінення поверхні металевих розплавів виявлено зміни структури і фазового складу обробленого алюмінієвого сплаву. Проведено теоретичні й експериментальні дослідження взаємодії газолазерного потоку з модельними та металевими рідинами за дії його на поверхню та за умов занурення. Змодельовано та вивчено процеси додання сипучих інгредієнтів (неметалевих і металевих частинок) на поверхню та всередину розплаву у газолазерному потоці.

  Скачати повний текст

Розроблено наукові засади лазерно-плазмовоіонного зміцнення, досліджено теоретичні аспекти даного процесу. Обгрунтовано доцільність застосування розмірної лазерної обробки під час комбінованого зміцнення. Створено сумісну модель теплопровідності та термопружності у зоні дії лазерного випромінювання (ЛВ) для знаходження поля температур і температурних напружень. Визначено механізм руйнування матеріалу в паровій, рідкій (викиді рідкої фази) та твердій фазах (термопружного відколу). Здійснено їх експериментальну реалізацію та виявлено вплив технологічних параметрів (щільності теплового потоку, швидкості переміщення, часу дії) на ефективність нагріву, зміцнення або розмірну обробку. Розроблено теоретичні засади технологічного супроводу зміцнювальних технологій з використанням ЛВ. Доведено можливість підвищення згинальних міцністних характристик, мікротвердості та стійкості різальних інструментів за рахунок лазерно-плазмової-іонної обробки, а також використання ЛВ для нагріву деталей (з матеріалів, що підлягають інтенсивному окисненню у вакуумі), або моделювання дією ЛВ й електронним променем. Розроблено й апробовано комп'ютеризовану лазерну технологічну установку, показано її високу ефективність (прошивання 140 отворів за 6 хвилин), що забезпечує необхідну якість отворів. Нову установку впроваджено на ДП ХМЗ ФЕД.

  Скачати повний текст