Eng
Ukr
Rus
Печать
2017 №09 (01) DOI of Article
10.15407/as2017.09.02
2017 №09 (03)

Автоматическая сварка 2017 #09
Журнал «Автоматическая сварка», № 9, 2017, с. 10-16
 
Исследование физических особенностей и технологических возможностей непрерывного оптического разряда
В. Д. Шелягин, А. В. Бернацкий, В. Ю. Хаскин, И. В. Шуба, А. В. Сиора
ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
С целью исследования физических особенностей и технологических возможностей непрерывного оптического разряда, был создан ряд лабораторных стендов и плазмотронов, на которых определялись диапазоны вариации энергетических, газодинамических, химических и конструктивных параметров, обеспечивающих стабильность процесса обработки. Было установлено, что при изменении мощности излучения СО2-лазера в диапазоне 1,5…6,0 кВт мощность непрерывного оптического разряда изменяется линейно, а мощность лазерного излучения, прошедшего сквозь разряд, может регулироваться от 8 до 40 % мощности излучения СО2-лазера. Показана возможность дополнительного энерговклада в непрерывный оптический разряд от источника постоянного тока, при этом мощность дополнительного вклада может превышать мощность лазерного излучения. Непрерывный оптический разряд, одновременно с прошедшим через него лазерным излучением, целесообразно использовать для получения новых материалов, наноструктурированных углеродных и алмазных пленок, сфероидизации тугоплавких материалов, модификации поверхностей, наплавки и других родственных технологий. Библиогр. 14, табл. 1, рис. 3.
Ключевые слова: непрерывный оптический разряд, излучение СО2-лазера, наплавка, термообработка, эксперименты, режимы, металлография, структура, остаточные напряжения
Поступила в редакцию 16.05.2017
Список литературы
  1. Генералов Н. А., Зимаков В. П., Козлов Г. И. и др. (1971) Экспериментальное исследование непрерывно горящего оптического разряда. ЖЭТФ, 61, 1, 1434–1446.
  2. Козлов Г. И. (1978) Лазерный плазмотрон с протоком газа. Письма в ЖЭТФ, 4, 10, 586–589.
  3. Райзер Ю. П. (1980) Оптические разряды. УФН, 132, 3, 549–581.
  4. Зимаков В. П., Кузнецов В. А., Кедров А. Ю. и др. (2009) Газовый лазер для эффективного поддержания плазмы непрерывного оптического разряда в научных и технологических применениях. Квантовая электроника, 39, 9, 797-801.
  5. Большаков А. П., Конов В. И., Востриков В. Г. и др. (2008) Исследование плазмы оптического разряда в многокомпонентных смесях молекулярных газов. Там же, 38, 2, 165–168.
  6. Зимаков В. П., Кузнецов В. А., Кедров А. Ю. и др. (2009) Рефракция лазерного излучения в плазме непрерывного оптического разряда в потоке газа при атмосферном давлении. Оптика атмосферы и океана, 22, 11, 1023–1028.
  7. Franzen D. L. (1973) Continuous laser-sustained plasmas. of Appl. Phys., 44, 4, 1727–1732.
  8. Козлов Г. И., Кузнецов В. А., Масюков B. A. (1979) Непрерывный оптический разряд в молекулярных газах. ЖТФ, 49, 11, 2304–2310.
  9. Большаков А. П. (2007) Синтез поликристаллических алмазных пленок с помощью лазерного плазмотрона. Дис. ... канд. физ.-мат. наук: 01.04.21. Москва, РГБ.
  10. Райзер Ю. П. (1996) Непрерывный оптический разряд — поддержание и генерация плотной низкотемпературной плазмы лазерным излучением. Соросовский образовательный журнал, 3, 87–94.
  11. Колумбаев Э. Б., Лелевкин В. М. (2002) Численный анализ характеристик непрерывного оптического разряда в воздухе. Вестник КРСУ, 2, 2, 76–83.
  12. Шелягин В. Д., Кривцун И. В., Борисов Ю. С. и др. (2005) Лазерно-дуговые и лазерно-плазменные технологии сварки и нанесения покрытий. Автоматическая сварка, 8, 49–54.
  13. Борисов Ю. С., Хаскин В. Ю., Войнарович С. Г. и др. (2012) Комбинированная лазерно-микроплазменная наплавка порошками сплавов системы Ni–Cr–B–Si. Там же, 11(715), 18–24.
  14. (1992). Физическая энциклопедия. Москва, Большая Российская энциклопедия.


Читати реферат українською



В. Д. Шелягін, А. В. Бернацький, В. Ю. Хаскін, І. В. Шуба, О. В. Сіора
ІЕЗ ім. Є. О. Патона НАН України. 03680, м. Київ-150, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
 
Дослідження фізичних особливостей і технологічних можливостей неперервного оптичного розряду
 
З метою дослідження фізичних особливостей і технологічних можливостей неперервного оптичного розряду, був створений ряд лабораторних стендів і плазмотронів, на яких визначалися діапазони варіації енергетичних, газодинамічних, хімічних і конструктивних параметрів, що забезпечують стабільність процесу обробки. Було встановлено, що при зміні потужності випромінювання СО2-лазера в діапазоні 1,5...6,0 кВт, потужність неперервного оптичного розряду змінюється лінійно, а потужність лазерного випромінювання, що пройшло крізь розряд, може регулюватися від 8 до 40 % потужності випромінювання СО2-лазера. Показана можливість додаткового енерговкладу в неперервний оптичний розряд від джерела постійного струму, при цьому потужність додаткового вкладу може перевищувати потужність лазерного випромінювання. Неперервний оптичний розряд, одночасно з лазерним випромінюванням, що проходить через нього, доцільно використовувати для отримання нових матеріалів, наноструктурованих вуглецевих і алмазних плівок, сфероїдизації тугоплавких матеріалів, модифікації поверхонь, наплавлення та інших споріднених технологій. Бібліогр. 14, табл. 1, рис. 3.
 
Ключові слова: неперервний оптичний розряд, випромінювання СО2-лазера, наплавлення, термообробка, експерименти, режими, металографія, структура, залишкові напруження


Read abstract and references in English


 
V.D. Shelyagin, A.V. Bernatskii, V.Yu. Khaskin, I.V. Shuba, A.V. Siora
E.O. Paton Electric Welding Institute of the NAS of Ukraine. 11 Kazimir Malevich Str., 03680, Kiev, Ukraine. E-mail: office@paton.kiev.ua
 
Investigation of physical features and technological capabilities of continuous optical discharge
 
In order to study physical features and technological capabilities of continuous optical discharge, a number of laboratory stands and plasmatrons were developed, which were used to determine the ranges of variation of energy, gas-dynamic, chemical and design parameters, providing  stability of processing operations. It was found that at the change of power of CO2-laser radiation in the range of 1.5 – 6.0 kW, power of continuous optical discharge changes linearly, while power of laser radiation, passing through the discharge, can be regulated to be from 8 to 40% of CO2-laser radiation power. Shown is the possibility of additional energy input into continuous optical discharge from direct current source. Here, power of additional input can exceed that of laser radiation. It is rational to apply continuous optical discharge, together with laser radiation which passed through it, to produce new materials, nanostructured carbide and diamond films, spheroidizing of refractory materials, surface modification, surfacing and other related technologies. 14 Ref., 1 Tabl., 3 Fig.
 
Keywords: continuous optical discharge, CO2-laser radiation, surfacing, heat treatment, experiments, modes, metallography, structure, residual stresses
References
  1. Generalov N.A., Zimakov V.P., Kozlov G.I. et al. (1971) Experimental investigation of continuously burning optical discharge. ZhETF, 61(1), 1434-1446 [in Russian].
  2. Kozlov G.I. (1978) Laser plasmatron with gas flow. Pisma v ZhETF, 4(10), 586-589 [in Russian].
  3. Raizer, Yu.P. (1980) Optical discharges. Phys. Usp., 23, 789-806.
  4. Zimakov V.P., Kuznetsov V.A., Kedrov A.Yu. et al. (2009) Gas laser for efficient sustaining a continuous optical discharge plasma in scientific and technological applications. Quantum Electronics, 39(9), 797-801 [in Russian].
  5. Bolshakov A.P., Konov V.I., Vostrikov V.G. et al. (2008) Study of the optical-discharge plasma in multicomponent mixtures of molecular gases. Ibid., 38(2), 165–168 [in Russian].
  6. Zimakov V.P., Kuznetsov V.A., Kedrov A.Yu. et al. (2009) Laser beam refraction in a continuous optical discharge plasma in a gas flow under atmospheric pressure. Optika Atmosfery i Okeana, 22(11), 1023-1028 [in Russian].
  7. Franzen D.L. (1973) Continuous laser-sustained plasmas. Appl. Phys., 44, 4, 1727-1732.
  8. Kozlov G.I., Kuznetsov V.A., Masyukov V.A. (1979) Continuous optical discharge in molecular gases. ZhTF, 49(11), 2304-2310 [in Russian].
  9. Bolshakov A.P. (2007) Synthesis of polycrystalline diamond films using laser plasmatron. In: Syn. of Thesis for Cand. of Phys.-Mat. Sci. Moscow, RGB [in Russian].
  10. Raizer Yu.P. (1996) Continuous optical discharge – maintenance and generation of dense low-temperature plasma by laser radiation. Sorovskiy obrazovatel’nyy zhurnal, 3, 87-94 [in Russian].
  11. Kolumbaev E.B., Lelevkin V.M. (2002) Numerical analysis of characteristics of optical discharge in air. Vestnik KRSU, 2(2), 76-83 [in Russian].
  12. Shelyagin V.D., Krivtsun I.V., Borisov Yu.S. et al. (2005) Laser-arc and laser-plasma technologies of welding and coating technologies. The Paton Welding J., 8, 44-49.
  13. Borisov Yu.S., Khaskin V.Yu., Vojnarovich S.G. et al. (2012) Combined laser-microplasma cladding with powders of Ni-Cr-B-Si system alloys. Ibid., 11, 16-22.
  14. (1992) Physical encyclopedia. Moscow, Great Russian Encyclopedia [in Russian].


>