RU2273671C1 - Способ ремонта дефектов поверхности металлов - Google Patents
Способ ремонта дефектов поверхности металлов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2273671C1 RU2273671C1 RU2004129401/02A RU2004129401A RU2273671C1 RU 2273671 C1 RU2273671 C1 RU 2273671C1 RU 2004129401/02 A RU2004129401/02 A RU 2004129401/02A RU 2004129401 A RU2004129401 A RU 2004129401A RU 2273671 C1 RU2273671 C1 RU 2273671C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser beam
- defects
- metals
- generation
- acoustic waves
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения в качестве технологии ремонта поверхностных и подповерхностных дефектов в металлах и сплавах в виде пор, микротрещин структурного и технологического происхождения. Техническим результатом является упрочнение металлов при скрытом дефектообразовании, повышение производительности. Сущность изобретения: производят выявление зоны расположения дефектов и формирование бездефектной зоны многократным воздействием на обрабатываемый участок управляемым лазерным лучом с одновременным контролем качества, причем бездефектную зону формируют расплавлением поверхностного слоя и одновременно производят активную локацию приповерхностного слоя обрабатываемого участка поверхностными акустическими волнами, которые возникают на обрабатываемом участке при генерации лазерной плазмы; при этом генерацию и контроль ведут до достижения заранее заданного минимума разности амплитуд двух соседних импульсов акустических волн, а затем снова производят перемещение поверхности относительно лазерного луча. При этом лазерный луч моделируют пространственно в плоскости фокусировки на поверхность металла. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к технологии ремонта поверхностных и подповерхностных дефектов в металлах и сплавах в виде пор, микротрещин структурного и технологического происхождения путем воздействия лучевой энергией с высокой концентрацией и может быть использовано в машиностроении и приборостроении.
Известен способ упрочняющей обработки изделий из электропроводящих материалов, основанный на повышении усталостной прочности изделия за счет тренировки знакопеременной нагрузкой, величину которой выбирают из условия превышения в поверхностном слое предела текучести с одновременным заполнением микротрещин и пор [1].
Недостатками данного способа являются: относительно большая длительность проведения обработки, сложные технология упрочнения и применяемое оборудование.
Известен также способ ремонта дефектов литья на основе их заделки металлическим порошком путем термоциклирования лазерным лучом [2].
Недостатками его следует считать необходимость предварительной подготовки поверхности под заполнение дефектов присадочным металлическим порошком, невозможность устранения подповерхностных дефектов без предварительной разделки.
Задача изобретения - повышение энергетической эффективности процесса и упрощение системы контроля дефектов.
Технический результат - упрочнение металлов при скрытом дефектообразовании, повышение производительности.
Это достигается тем, что в способе ремонта дефектов поверхности металлов, включающем выявление зоны расположения дефектов и формирование бездефектной зоны многократным воздействием на обрабатываемый участок управляемым лазерным лучом с одновременным контролем качества, бездефектную зону формируют расплавлением поверхностного слоя и одновременно производят активную локацию приповерхностного слоя обрабатываемого участка поверхностными акустическими волнами, которые возникают на обрабатываемом участке при генерации лазерной плазмы; при этом генерацию и контроль ведут до достижения заранее заданного минимума разности амплитуд двух соседних импульсов акустических волн, а затем снова производят перемещение поверхности относительно лазерного луча. При этом лазерный луч моделируют пространственно в плоскости фокусировки на поверхность металла.
Известно, что залечивание несполошностей в металлах может быть достигнуто действием переменного электромагнитного поля за счет интенсификации перемещения вакансий и направленной самодиффузии в кристаллических решетках разделенных областей. При этом имеет место эффект, близкий по физической сущности к сварке.
Локация дефектов (несплошностей) в металлах может быть также обеспечена ударно-волновыми процессами, генерируемыми электромагнитными колебаниями в металле в виде возникающих от несплошностей поверхностно-акустических волн (ПАВ). Известно, что при облучении металлов лазерным лучом вследствие краткотечности процесса теплопередачи и исключительно высокого градиента температурного поля вблизи обрабатываемой поверхности в межэлектродном пространстве (оптико-фокусирующая система - обрабатываемая поверхность) возникает разрядная ионизация с образованием областей с высокой плотностью и энергетическим потенциалом. Последние обусловливают генерацию волновых процессов в поверхностных слоях металла и вторичную генерацию от несплошностей в виде акустических волн, параметры которых оказываются достаточными для локации дефектов.
Однако ведение поверхностного упрочнения по заранее заданной площади при постоянстве режимов оказывается недостаточно технологичным вследствие отсутствия возможности учета латентного периода, характерного для лоцирующего процесса. Учитывая, что образование поверхностных и подповерхностных несплошностей в металлах носит исключительно вероятностный характер и оказывается труднопрогнозируемым, представляется целесообразным устанавливать длительность лучевого (теплового) воздействия лазерного луча дифференцированно - с учетом условий поверхностного упрочнения для областей с отсутствием дефектов, а также для областей с дефектообразованием.
Такой подход позволяет повысить производительность процесса обработки, поскольку требует повторного сканирования только в областях с наличием дефектов, в других же областях сканирование производится однократно (по режимам, принятым для бездефектных областей).
Диагностирование областей упрочнения в металле и адаптация режимов обработки для оптического квантового генератора (ОКГ) основывается на том, что в качестве источника ПАВ выступает непосредственно тот участок поверхности, в пределах которого имеются несплошности. Их присутствие обусловливает возникновение вторичных ПАВ, регистрируемых ПАВ-локатором, связанным с процессором (ОКГ), что является сигналом для остановки перемещения лазерного луча в продольном направлении (или обрабатываемого объекта) и многократному сканированию этого участка до момента установленного ранее регламентированного соотношения разности амплитуд двух последовательных акустических импульсов на приемнике ПАВ-локатора. Уменьшение амплитуды ПАВ при повторных воздействиях лазерными импульсами соответствует эффекту "залечивания" несплошностей.
Важным при описанной схеме воздействия является установление необходимой начальной амплитуды лоцирующего дефекты (несплошности) сигнала от лазерного луча. Известно, что характер волновых процессов от генерируемой лазерным лучом плазмы вблизи обрабатываемой поверхности зависит от степени поляризации лазерного луча - его пространственной модели в плоскости фокусировки на поверхность металла. Поэтому для достижения требуемого условия управления начальной амплитудой генерируемых лазерным импульсом волновых процессов в металле лазерный луч пространственно моделируется в плоскости фокусировки, при этом степень поляризации устанавливается эмпирически в зависимости от размеров и концентрации дефектов в области упрочнения.
На фиг.1 приведена схема упрочнения, на фиг.2 - пятно фокусировки.
Способ реализуется в следующей последовательности.
На объекте упрочнения 1 определяют поверхность лазерного воздействия, в том числе области, содержащие поверхностные и подповерхностные дефекты (несплошности) 2. На оптико-фокусирующей системе 3 лазерной установки 4 устанавливают режимы лазерного воздействия (диаметр лазерного луча, плоскость поляризации и пространственную модель луча в плоскости фокусировки (фиг.2), плотность подводимой энергии, частоту следования импульсов, скорость сканирования и перемещения источников лазерного луча, длительность теплового воздействия). Величину, соответствующую заданной разности амплитуды двух соседних импульсов, задают процессором 5, связанным с ПАВ-локатором 6, посредством которого обеспечивается распознавание области дефектообразования (несплошностей) 2.
Производят воздействие на поверхность объекта упрочнения 1. При этом вблизи поверхности объекта упрочнения образуется расходящийся пучок лазерной плазмы 7.
Процессором 5 обеспечивают коррекцию перемещений и сканирующей кинематики оптико-фокусирующей системы 3 посредством привода 8 (перемещение показано стрелкой). Сканирование луча 7 обеспечивают известным способом (например, качающимся зеркалом) по двунаправленной стрелке. Перемещение объекта упрочнения 1 относительно луча 7 указано стрелкой на объекте.
Ведут контроль качества (отсутствия дефектов) во всей формируемой бездефектной зоне. При возникновении импульса 9 ПАВ от дефектов и установлении превышения разности начальной и текущей амплитуд ПАВ в двух последовательных лазерных импульсах, регистрируемых ПАВ-локатором 6, сигнал от последнего поступает на процессор 5. Посредством процессора обеспечивают прекращение продольного перемещения объекта упрочнения 1 и последовательное сканирование данного участка поверхности лазерным лучом 7 до момента снижения разности амплитуд двух последовательных акустических импульсов 9 до значения, устанавливаемого заранее и введенного в процессор 5. После этого продольную подачу объекта возобновляют.
Апробацию способа проводили при испытаниях образцов с гарантированным структурным дефектообразованием на выносливость с последующими фрактографическим и металлографическим анализами изломов (поверхностей разрушения) по стандартной методике.
Результаты апробации способа проиллюстрированы в таблице.
Таблица | |||||||||
Результаты апробации способа | |||||||||
Обрабатываемый материал | Число циклов сканирования, n, при глубине расположения несплошности, мм | Минимальная разность амплитуды двух акустических импульсов, dAmin |
Усредненные размеры поверхностных и подповерхностных несплошностей, мкм |
Частота сканирования, Гц | Наибольшее приращение предела выносливости по отношению к прототипу | ||||
1.0 | 2.0 | 3.0 | 4.0 | 5.0 | |||||
Армко-железо | 13 | 20 | 27 | 31 | 38 | 0.90 | 1.0-2.5 | 300 | 1.44 |
Углеродистые стали | 14 | 21 | 32 | 44 | 51 | 0.94 | 1.0-2.5 | 250 | 1.41 |
Легированные (высоколеги-рованные) стали | 17 | 25 | 39 | 47 | 54 | 0.92 | 1.0-2.5 | 200 | 1.38 |
Твердые сплавы стали | 22 | 33 | 42 | 58 | 66 | 0.97 | 1.0-2.5 | 100 | 1.26 |
Источники информации
1. Авт. св. СССР №1821495, C 23 C 14/32, 1993 г.
2. Патент РФ №2194603, B 23 P 6/00, 2002 г.
Claims (2)
1. Способ ремонта дефектов поверхности металлов, включающий выявление зоны расположения дефектов и формирование бездефектной зоны многократным воздействием на обрабатываемый участок управляемым лазерным лучом с одновременным контролем качества, отличающийся тем, что бездефектную зону формируют расплавлением поверхностного слоя и одновременно производят активную локацию приповерхностного слоя обрабатываемого участка поверхностными акустическими волнами, которые возникают на обрабатываемом участке при генерации лазерной плазмы, при этом генерацию и контроль ведут до достижения заранее заданного минимума разности амплитуд двух соседних импульсов акустических волн, а затем снова производят перемещение поверхности относительно лазерного луча.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что лазерный луч моделируют пространственно в плоскости фокусировки на поверхность металла.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004129401/02A RU2273671C1 (ru) | 2004-10-05 | 2004-10-05 | Способ ремонта дефектов поверхности металлов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004129401/02A RU2273671C1 (ru) | 2004-10-05 | 2004-10-05 | Способ ремонта дефектов поверхности металлов |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004129401A RU2004129401A (ru) | 2006-03-10 |
RU2273671C1 true RU2273671C1 (ru) | 2006-04-10 |
Family
ID=36116014
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004129401/02A RU2273671C1 (ru) | 2004-10-05 | 2004-10-05 | Способ ремонта дефектов поверхности металлов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2273671C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2447012C1 (ru) * | 2010-10-28 | 2012-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ получения наноструктурированной поверхности сталей методом лазерно-плазменной обработки |
CN102837155A (zh) * | 2011-06-21 | 2012-12-26 | 祁成 | 托辊修复机构 |
CN111299548A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-06-19 | 马雪婷 | 一种汽车铝合金配件x光探伤辅助光纤激光修复装置 |
RU2740687C2 (ru) * | 2019-05-24 | 2021-01-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Способ восстановления изделия лазерно-акустической наплавкой и устройство для его осуществления |
-
2004
- 2004-10-05 RU RU2004129401/02A patent/RU2273671C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2447012C1 (ru) * | 2010-10-28 | 2012-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ получения наноструктурированной поверхности сталей методом лазерно-плазменной обработки |
CN102837155A (zh) * | 2011-06-21 | 2012-12-26 | 祁成 | 托辊修复机构 |
RU2740687C2 (ru) * | 2019-05-24 | 2021-01-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Способ восстановления изделия лазерно-акустической наплавкой и устройство для его осуществления |
CN111299548A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-06-19 | 马雪婷 | 一种汽车铝合金配件x光探伤辅助光纤激光修复装置 |
CN111299548B (zh) * | 2019-12-10 | 2021-08-27 | 湖北神一汽车零部件有限公司 | 一种汽车铝合金配件x光探伤辅助光纤激光修复装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004129401A (ru) | 2006-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0094912B1 (en) | Improved laser shock processing | |
US6049058A (en) | Laser peening process and apparatus with uniform pressure pulse confinement | |
Shepard et al. | Experimental considerations in vibrothermography | |
Zhang et al. | Mechanism of improvement on fatigue life of metal by laser-excited shock waves | |
US20160083815A1 (en) | System for and method of performing laser shock peening on a target with a fluid flow path sandwiched between a transparent to laser light solid medium and the target | |
JP4584322B2 (ja) | レーザ加工方法 | |
US4137778A (en) | Method and apparatus for producing ultrasonic waves in light absorbing surfaces of workpieces | |
JP2010260108A (ja) | レーザ加工装置 | |
RU2273671C1 (ru) | Способ ремонта дефектов поверхности металлов | |
Zhang et al. | Mechanical properties and fracture behaviors in remote laser spot welding of quenching and partitioning 980 steel | |
CN111843124B (zh) | 一种基于激光冲击的金属焊接方法及系统 | |
RU2688656C1 (ru) | Способ резки хрупких неметаллических материалов | |
KR20040090665A (ko) | 다중 빔 조사에 의한 레이저 초음파의 발생장치 | |
US20210268574A1 (en) | Detection and removal of continuous caster-related defects on slabs | |
RU2684176C2 (ru) | Способ лазерного упрочнения поверхности деталей | |
KR101537070B1 (ko) | 레이저 용접 장치 및 이를 이용한 레이저 용접 방법 | |
Yoda et al. | Laser-based maintenance and repair technologies for reactor components | |
KR102074737B1 (ko) | 레이저 스팟 빔을 이용한 절단 장치 | |
Jones et al. | Advanced cutting, welding and inspection methods for vacuum vessel assembly and maintenance | |
JP4027261B2 (ja) | 多重ビームの照射によるレーザ超音波発生装置 | |
Romualdi | Microstructure evolution in the coarse grain heat affected zone of line pipe steels | |
RU2139779C1 (ru) | Установка для лазерной обработки хрупких материалов | |
Motoyashiki et al. | Use of femtosecond laser technique for studying physically small cracks | |
RU1803841C (ru) | Способ дефектоскопии металлических изделий при их поверхностной обработке | |
RU2276191C1 (ru) | Способ поверхностного упрочнения металлов |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061006 |