Теоретические основы лазерной обработки

В монографии рассмотрены физические основы технологических процессов лазерной обработки, а также вопросы взаимодействия концентрированного лазерного излучения с материалами, образования плазменного факела и парогазового канала. Представлены аналитические и численные методы анализа температурных полей и остаточных напряжений при лазерной обработке. На базе краткого изложения основ теории кристаллизации рассмотрены процессы затвердевания жидкого металла в условиях лазерного воздействия. Описаны особенности фазовых и структурных превращений материалов в твердом состоянии. Большое внимание уделено технологической прочности металла при лазерной обработке. Обобщены и систематизированы представления об особенностях образования трещин в различных температурных интервалах при лазерной сварке и наплавке.

Для инженерно-технических и научных работников, а также студентов высших учебных заведений машиностроительных специальностей.

Список литературы

1. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: справ. / Н.И. Рыкалин [и др.]. М.: Машиностроение, 1985. 496 с
2. Методы поверхностной лазерной обработки: учеб. пособие для вузов. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н.; 3-е изд., стер. М.; Берлин: Директ-Медиа, 2021. 191 с. (Лазерная техника и технология: в 7 кн. Кн. 3; под ред. А.Г. Григорьянца).
3. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процес-сы лазерной обработки: учеб. пособие для вузов / под ред. А.Г. Григорьянца. 2-е изд., стер. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 664 с
4. Tadokoro Н. Structure of Crystalline Polymers. N.Y: John Wiley a. Sons, 1979. 456 p.
5. Привалко В.П. Молекулярное строение и свойства полимеров. Л.: Химия, 1986. 240 с
6. Виноградов Б.А., Перепелкин К.Е., Мещерякова Г.П. Действие лазерного излучения на полимерные материалы. Научные основы и прикладные задачи: в 2 кн. СПб.: Наука, 2006. Кн. 2. 443 с.
7. Виноградов Б.А. Лазерная деструкция полимеров. Благовещенск: Дальнаука, 1995. 202 с.
8. Маненков А.А., Прохоров А.М. Лазерное разрушение прозрачных твердых тел // Успехи физических наук. 1986. Т. 148. № 1. С. 179–211
9. Колдунов М.Ф., Маненков А.А., Покотило И.Л. Эффективность различных механизмов лазерного разрушения прозрачных твердых тел // Квантовая электроника. 2002. Т. 32. № 7. С. 623–628.
10. Киселев Г.Л. Моделирование распространения света в биологических тканях // Биомедицинская радиоэлектроника. 2001. № 1. С. 10–17.
11. Прикладная лазерная медицина: учеб. и справ. пособие / под ред. Х.-П. Берлиена, Г.Й. Мюллера: пер. с нем. М.: АО «Интерэксперт», 1997. 356 с.
12. Годжиев Н.М. Оптика. М.: Высш. шк., 1977. 432 с.
13. Соколов М.В. Прикладная биофотометрия. М.: Наука, 1982. 130 с.
14. Григорьянц А.Г., Голубенко Ю.В., Евстигнеев А.Р. Метод и устройство для оценки оптических свойств биологических тканей при воздействии низ-коэнергетического лазерного излучения // Электронная обработка материалов. 1985. № 2. С. 61–64.
15. Полонский А.К., Древаль А.А., Голубенко Ю.В., Евстигнеев А.Р. Измерение оптических параметров тканей животных и человека при лазерном воздействии // Биологические науки. 1984. № 10. С. 108–111
16. Рогаткин Д.А., Черный В.В. Низкоинтенсивная лазерная терапия. Взгляд физика на механизмы действия и опыт применения // Взаимодействие излучения с веществом: матер. 2-й Байкальской школы по фундаментальной физике. Иркутск: ИГУ, 1999. С. 366–378.
17. Измайлова Г.М., Гаврилюк В.С., Григорьянц А.Г. Особенности кинетики проплавления материала лазерным лучом // Сварочное производство. 1988. № 2. С. 29–31.
18. Иванов В.В., Бойков В.В., Григорьянц А.Г. Повышение эффективности проплавления при лазерной сварке с динамической фокусировкой луча // Сварочное производство. 1984. № 5. С. 9–11.
19. Гаврилюк В.С., Григорьянц А.Г., Иванов В.В. и др. Особенности кристаллизации шва при лазерной сварке // Автоматическая сварка. 1983. № 6. С. 27–20
20. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н. Лазерная сварка металлов: учеб. пособие для вузов. 3-е изд, стер. М.; Берлин: Директ-Медиа, 2021. 206 с. (Лазерная техника и технология: в 7 кн. Кн. 5; под ред. А.Г. Григорьянца).
21. Райзер Ю.П. Лазерная искра и распространение разряда. М.: Наука, 1974. 127 с.
22. Веденов А.А., Гладуш Г.Г. Физические процессы при лазерной обработке материалов. М.: Энергоатомиздат, 1985. 208 с.
23. Хора Х. Физика лазерной плазмы. М.: Энергоатомиздат, 1986. 272 с.
24. Рыкалин Н.Н., Улов А.А., Кокора А.Н. Лазерная обработка материалов. М.: Машиностроение, 1975. 296 с.
25. Арутюнян Р.В., Баранов В.Ю., Большов Л.А. Исследование динамики плазмы низкопорогового оптического пробоя излучением непрерывного и импульсно-переодического СО2-лазера в различных газах: Препринт ИАЭ 4412/12. М., 1987. 57 с.
26. Bashenko V.V., Gorny S.G., Lopota V.A. Physical and technology mechanism of laser welding // Proc. LAMP 87. 1987. P. 123–134.
27. Исследование низкопорогового пробоя газов вблизи твердых мишеней излучением СО2-лазера / А.И. Барчуков, Ф.В. Бункин, В.И. Конов и др. // ЖЭТФ. 1974. Т. 66, вып. 3. С. 965–982.
28. Прохоров А.М., Конов В.И. Взаимодействие лазерного излучения с металлами. М.: 1988. 130 с
29. Исследование разрушения металлов излучением импульсного СО2-лазера / А.А. Веденов, Г.Г. Гладуш, С.В. Дробязко и др. // Квантовая электроника. 1983. Т. 8. № 10. С. 2154–2159.
30. Даньщиков Е.В., Лебедев Ф.В., Рязанов А.В. Прохождение лазерного излучения сквозь плазму оптического разряда // Квантовая электроника. 1985. Т. 12. № 9. С. 1846–1852.
31. Афанасьев Ю.В., Басов Н.Г., Крохин О.Н. Взаимодействие мощного лазерного излучения с плазмой. М.: ВИНИТИ, 1978. 298 с.
32. Исследование динамики плазмы низкопорогового оптического про-боя излучением непрерывного и импульсно-переодического СО2-лазера в различных газах / Р.В. Арутюнян, В.Ю. Баранов, Л.А. Большов и др.: Препринт ИАЭ 4412/12. М., 1987. 57 с.
33. Bashenko V.V., Gorny S.G., Lopota V.A. Physical and technology mechanism of laser welding // Proc. LAMP 87. 1987. P. 123–134
34. Непрерывный и импульсно-периодический режимы сварки электроионизационными СО2-лазерами / Н.Г. Басов, В.В. Башенко, Е.П. Глотов и др. // Изв. АН СССР. Серия физическая. 1984. Т. 48. № 12. С. 2310–2314.
35. Грезев А.Н. Разработка физико-технологических основ лазерной сварки конструкционных сталей мощными СО2-лазерами: Дис. … д-р техн.наук. М., 2006. 383 с
36. Глова А.Ф., Лебедев Ф.В., Ярцув В.П. О рефракции лазерного излучения на плазме оптического разряда // Квантовая электроника. 1985. Т. 12. № 12. С. 2491–2472
37. Влияние длины волны лазерного излучения на порог плазмо-образования при облучении непрозрачных материалов / Е.А. Берченко, А.В. Кошкин, А.П. Соболев и др. // Квантовая электроника. 1981. Т. 8. № 7. С. 1582–1584
38. Щеглов П.Ю. Пароплазменный факел в процессах воздействия мощного излучения волоконного лазера на металлы: Дис. … канд. физ.-мат. наук. М., 2012. 112 с.
39. Петровский B.H., Успенский C.A., Щеглов П.Ю., Гуменюк А.В., Рет-майер М. Исследование пароплазменного сварочного факела при сварке мощным иттербиевым волоконным лазером // Ядерная физика и инжиниринг. 2011. Т. 2. № 2. С. 159–165
40. Characterisation of plasma induced during high-power fiber laser welding of stainless steel / Y. Kawahito [et al.] // Science and Technology of Welding and Joining. 2008. Vol. 13. No. 8. P. 144–148
41. Объемная конденсация в плазменном факеле / Г.А. Туричин [и др.] // Фотоника. 2009. № 13. C. 12–14.
42. Шиганов И.Н. Специальные лазерные технологии. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2019 г. 180 с.
43. Кривцун И.В., Сухоруков С.Б., Сидорец В.Н., Ковал О.Б. Моделирование процессов испарения металла и газодинамики металлического пара в парогазовом канале при лазерной сварке // Автоматическая сварка. 2008. № 10. С. 19–26
44. Туричин Г.А., Григорьев А.М., Земляков Е.В. и др. Особенности формирования плазменного факела при гибридной лазерно-дуговой сварке // Теплофизика высоких температур. 2006. № 5. С. 655–663
45. Кривцун И.В. Гибридные лазерно-дуговые процессы сварки и обработки материалов. Киев: Изд-во ИЭС им. Е.О. Патона НАН Украины, 2001. 180 с.
46. Katayama S., Yohei A., Mizutani M., Kawahito Y. Development of Deep Penetration Welding Technology with High Brightness Laser under Vacuum // Physics Procedia. 2011. No. 12. Р. 75–80
47. Reisgen U., Olschok S., Jakobs S., Turner C. Laser beam welding under vacuum of high grade materials // Welding World. 2016. No. 60. С. 1–11.
48. Fabbro R. Analysis of the physical processes occurring during deep penetration laser welding under reduced pressure // Journal of Laser Applications. 2015. No. 10. P. 183–199
49. Рыкалин Н.Н., Углов А.А., Кокора А.Н. Лазерная обработка материалов. М.: Машиностроение, 1975. 296 с.
50. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел: пер. с англ. 2-е изд. М.: Наука, 1964. 487 с.
51. Breinan E.M., Banas C.M. Hign Power Laser Welding // Advanced Welding Technology: Proc. of 11 Intern. Symp. of JWS, Osaka. 1975. P. 1–6
52. Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. М.: Машиностроение, 1989. 304 с.
53. Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. М.: Машгиз, 1951. 296 с.
54. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н. Лазерная сварка металлов: учеб. пособие для вузов. 3-е изд., стер. М.; Берлин: Директ-Медиа, 2021. 208 с.
55. Винокуров В.А., Григорьянц А.Г. Теория сварочных деформаций и напряжений. М.: Машиностроение, 1984. 280 с.
56. Николаев Г.А. Сварные конструкции. М.: Машгиз, 1953. 536 с.
57. Окерблом Н.О. Расчет деформаций металлоконструкций при сварке. Л.: Машгиз. Ленингр. отд-ние, 1955. 212 с.
58. Самарский А.А. Теория разностных схем. М.: Наука, 1977. 614 с.
59. Прохоров Н.Н. Физические процессы в металлах и при сварке. Т. 2: Внутренние напряжения, деформации и фазовые превращения. М.: Металлургия, 1976. 600 с.
60. Мощные газоразрядные СО2-лазеры и их применение в технологии / А.Г. Абельсиитов, Е.П. Велихов, А.Г. Григорьянц и др. М.: Наука, 1984. 106 с
61. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Методы поверхностной лазерной обработки. 3-е изд., стер. М.; Берлин: Директ-Медиа, 2021. 192 с.
62. Прохоров Н.H. Физические процессы в металлах при сварке. М.: Металлургия. Т. 1. 1968. 695 с.
63. Сварка и свариваемые материалы: в 3 т. Т. I: Свариваемость материалов: справ. изд. / под ред. Э.Л. Макарова. М.: Металлургия, 1991. 528 с
64. Физическое металловедение: в 3-х т. 3-е изд., перераб., доп. / под ред. Р.У. Кана, П. Xаазена. Т. 2: Фазовые превращения в металлах и сплавах и сплавы с особыми физическими свойствами: пер. с англ. М., Металлургия, 1987. 624 с.
65. Pfann W.G. Principles of Zone Melting // Trans. AIME. 1952. Vol. 194. P. 747–753.
66. Tiller W., Jackson K., Rutter J., Chalmers B. The Redistribution of Solute Atoms during the Solidification of Metals // Acta Metallurgica. 1953. Vol. 1. P. 428–437.
67. Иванцов Г.П. Диффузионное переохлаждение // ДАН СССР. 1951. Т. 81. № 2. С. 179–182
68. Rutter J.W., Chalmers B.I. A prismatic substructure formed during solidification of metals // Canadian J. of Physics. 1953. Vol. 31. Nо. 1. P. 15–39
69. Чалмерс Б. Физическое металловедение / под ред. А.К. Натансона, пер. с англ. В.А. Алексеева и В.К. Григоровича. М.: Гос. науч.-техн. изд-во литературы по черной и цветной металлургии, 1963. 457 с.
70. Лазерные аддитивные технологии в машиностроении: учеб. посо-бие / [А.Г. Григорьянц и др.]; под ред. А.Г. Григорьянца. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. 278 с.
71. Болдырев А.М. Управление кристаллизацией металла при сварке плавлением: Дис. ... д-р техн. наук. М.: МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1977. 511 с.
72. Гаврилюк В.С., Григорьянц А.Г., Иванов В.В., Щеглов М.Е. Особенности кристаллизации шва при сварке лучом лазера // Автомат. сварка. 1983. № 6. С. 27–29.
73. Гаврилюк В.С., Щеглов М.Е. Установка для определения пластических характеристик кристаллизующегося сварного шва // Автомат. сварка. 1982. № 8. С. 70–71.
74. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки: учеб. пособие для вузов / под ред. А.Г. Григорьянца. 2-е изд., стер. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 664 с.
75. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Методы поверхностной лазерной о-работки: учеб. пособие для вузов. 3-е изд., стер. М.; Берлин: Директ-Медиа, 2021. 191 с. (Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн. 3 / под ред. А.Г. Григорьянца).
76. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Основы лазерного термоупрочне-ния сплавов: учеб. пособие для вузов. 3-е изд., стер. М.; Берлин: Директ- Медиа, 2021. 159 с. (Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн. 6 / под ред. А.Г. Григорьянца)
77. Макаров Э.Л. Холодные трещины при сварке легированных сталей. М.: Машиностроение, 1981. 248 с.
78. Шоршоров М.Х. Металловедение сварки стали и сплавов титана. М.: Наука, 1965. 336 с.
79. Теория сварочных процессов: учебник для вузов / А.В. Коновалов, А.С. Куркин, Э.Л. Макаров, В.М. Неровный, Б.Ф. Якушин; под ред. В.М. Неровного. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 752 с.
80. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И., Третьяков Р.С. Лазерные аддитивные технологии в машиностроении: учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. 278 с.
81. Григорьянц А.Г., Мисюров А.И., Морозов В.П., Гаврилюк В.С. Анализ условий образования трещин при лазерной наплавке порошков системы Ni–Cr–B–Si // Сварочное производство. 1987. № 5. С. 32–34.
82. Якушин Б.Ф. Технологическая прочность в процессе кристаллизации (горячие трещины): справочник по сварке: в 4 т. Т. 3 / под ред. В.А. Винокурова. М.: Машиностроение, 1970. 190 с.
83. Машины, приборы, стенды. Каталог. Вып. 5. М.: Машиностроение, 1976. 80 с.
84. Макаров Э.Л., Якушин Б.Ф. Теория свариваемости сталей и сплавов / под ред. Э.Л. Макарова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 487 с.
85. Прохоров Н.Н., Арутюнова И.А. Количественная проба для определения технологической прочности металлов в процессе кристаллизации // Автоматическая сварка. 1964. № 7 (136). С. 6–10.
86. Клебанов Г.Н., Чернышова Т.А. Технологическая проба для оценки со-противления металла сварных швов ниобиевых сплавов образованию горячих трещин // Свойства и применение жаропрочных сплавов. М.: Наука, 1966. С. 135–139.
87. Houldcroft P.T. A simple cracking test for use with argonarc welding // British Welding Journal. 1955. Nо. 10. Р. 471–475.
88. Сравнение технологической прочности соединений, выполненных лучевыми и дуговыми способами сварки / А.Г. Григорьянц, А.Н. Грезев, В.Г. Федоров и др. // Автоматическая сварка. 1980. № 10. С. 11–14
89. Якушин Б.Ф. Оценка технологической прочности сварки // Сварочное производство. 1969. № 1. С. 19–23.
90. Якушин Б.Ф., Грезев А.Н. Малогабаритное устройство для оценки технологической прочности сварных соединений // Автоматическая сварка. 1980. № 10. С. 19–21
91. А.с. 913141 СССР. Установка для определения пластичности сварного шва в процессе его кристаллизации / М.Е. Щеглов, В.С. Гаврилюк, В.А. Семочкин. Опубл. в Б.И. 1982, № 10.
92. Грезев А.Н. Разработка физико-технологических основ лазерной сварки конструкционных сталей мощными СО2-лазерами: Дис. … д-ра техн. наук. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 386 с.
93. Misyurov A.I. Features of layers formation from metal powders during influence of impulse-periodic laser radiation // Beam Technologies and Laser Application: abstracts of papers and program of the VI international conference. Russia, Saint Petersburg, september 23–25, 2009 / SPb.: Publ. Politechnic univ., 2009. 146 p. P. 79–80.
94. Григорьянц А.Г., Мисюров А.И., Третьяков Р.С., Пересторонин А.В. Устройство для удаления металла из сварочной ванны при исследовании свариваемости металла. RU (11) 166 551 (13) U1, ПМ №166551, 27.11.2016. Бюл. № 33.
95. Гаврилюк В.С., Щеглов М.Е. Установка для определения пластических характеристик кристаллизующегося сварного шва // Автоматическая сварка. 1982. № 8. С. 70–71.
96. Гаврилюк В.С., Григорьянц А.Г., Иванов В.В., Щеглов М.Е. Особенности кристаллизации шва при лазерной сварке // Автоматическая сварка. 1983. № 6. С. 27–29.
97. Чернышова Т.А. Границы зерен в металлах сварных соединений. М.: Наука, 1986. 125 с.
98. Макаров Э.Л., Федоров В.Г. Установка ЛТП 2-5 для исследований сопротивляемости сварных соединений тонколистовых сталей образованию холодных трещин // Сварочное производство. 1971. № 12. С. 49
99. Федоров В.Г., Волобуев Ю.В., Шанчуров В.М. Вопросы свариваемости при лазерной сварке высокопрочных сталей // Труды МВТУ им. Н.Э. Баумана. 1984. № 405. С. 73–82