RU2345148C2 - Method of laser thermal procesing of materials - Google Patents

Method of laser thermal procesing of materials Download PDF

Info

Publication number
RU2345148C2
RU2345148C2 RU2006125300/02A RU2006125300A RU2345148C2 RU 2345148 C2 RU2345148 C2 RU 2345148C2 RU 2006125300/02 A RU2006125300/02 A RU 2006125300/02A RU 2006125300 A RU2006125300 A RU 2006125300A RU 2345148 C2 RU2345148 C2 RU 2345148C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
processing
segment
light
laser radiation
Prior art date
Application number
RU2006125300/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006125300A (en
Inventor
Николай Львович Казанский (RU)
Николай Львович Казанский
Сергей Петрович Мурзин (RU)
Сергей Петрович Мурзин
Леонид Леонидович Досколович (RU)
Леонид Леонидович Досколович
Сергей Иванович Харитонов (RU)
Сергей Иванович Харитонов
Андрей Викторович Меженин (RU)
Андрей Викторович Меженин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П. Королева
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П. Королева filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П. Королева
Priority to RU2006125300/02A priority Critical patent/RU2345148C2/en
Publication of RU2006125300A publication Critical patent/RU2006125300A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2345148C2 publication Critical patent/RU2345148C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes, metal working.
SUBSTANCE: invention is related to thermal processing of material surface with the help of concentrated energy sources. In order to increase quality of laser processing, expansion of technological resources, increase of efficiency, method includes exposure of treated material to continuous laser radiation focused in light spot in the shape of segment and displaced along specified trajectory with permanent or variable speed, at that preliminarily permissible maximum temperature is defined on the surface of treated material, which exceeds temperature of required structural or phase transformation, speed of light segment displacement and maximum temperatures along line of light segment displacement line in center and at the distance of x=±b/2 from centre, where b is width of processing area, by these parameters power is adjusted, as well as distribution of laser radiation power density, and length L of light segment is selected in the following range of values L=(1.0…1.3)b.
EFFECT: higher quality of laser processing, expansion of technological resources, increase of efficiency.
2 dwg

Description

Изобретение относится к обработке поверхности материалов концентрированными потоками энергии и может применяться при лазерной термической обработке без оплавления поверхности (закалке, отжиге) и с оплавлением поверхности (закалке, наплавке, легировании) металлических деталей и полуфабрикатов, а также при обработке неметаллических материалов.The invention relates to surface treatment of materials with concentrated energy flows and can be used in laser heat treatment without surface melting (hardening, annealing) and with surface melting (hardening, surfacing, alloying) of metal parts and semi-finished products, as well as in the processing of non-metallic materials.

Известен способ лазерной термообработки, заключающийся в формировании зоны термической обработки за несколько проходов луча лазера с перекрывающимися зонами (Головко Л.Ф., Дувейк Д., Орешник В.И. Обеспечение качества слоев, полученных лазерной наплавкой или упрочняющей обработкой. //Автоматическая сварка. 2001, №12. - С.47-52).There is a method of laser heat treatment, which consists in the formation of a heat treatment zone for several passes of the laser beam with overlapping zones (Golovko LF, Duveik D., Oreshnik V.I. Quality assurance of layers obtained by laser welding or hardening. // Automatic welding . 2001, No. 12. - S. 47-52).

Недостатком известного способа при проведении упрочняющей обработки является наличие образующихся при обработке с перекрытием однократных зон термического влияния областей отпуска, имеющих пониженную микротвердость и, вследствие этого, низкую износостойкость. Такое энергетическое воздействие на детали, как правило, не допускается из-за повышенных требований к равномерности глубины зоны обработки по ширине зоны термического влияния и физико-механическим свойствам материала.The disadvantage of this method when carrying out hardening treatment is the presence of tempering zones formed during processing with overlapping overlapping heat-affected zones having low microhardness and, as a result, low wear resistance. Such an energetic effect on the parts, as a rule, is not allowed due to increased requirements for uniformity of the depth of the treatment zone along the width of the heat-affected zone and the physicomechanical properties of the material.

Наиболее близким техническим решением является способ лазерной обработки (а.с. СССР 1839119, B21D 5/01. Опубл. 30.12.1993. Бюл. 48-47), заключающийся в воздействии на обрабатываемый материал непрерывного лазерного излучения, сфокусированного в световое пятно в виде отрезка, перемещающегося по заданной траектории с постоянной или переменной скоростью.The closest technical solution is the method of laser processing (AS USSR 1839119, B21D 5/01. Publ. 30.12.1993. Bull. 48-47), which consists in exposing the processed material to continuous laser radiation focused into a light spot in the form segment moving along a given trajectory with constant or variable speed.

Недостатками известного технического решения является существующее несоответствие распределения плотности энергетического потока на поверхности заданному изменению состояния технологических объектов. Это может привести уже на стадии обработки к образованию различных дефектов, таких, как для тонкостенных деталей: пережоги, крупнозернистость, локальные оплавления и коробление листовых заготовок из-за неравномерного тепловыделения по ширине зоны термического влияния. Для объемных деталей характерны следующие дефекты: неравномерное распределение механических свойств по ширине зоны термического влияния; неравномерная глубина обработки; локальные оплавления; повышенная хрупкость изделия вследствие перегрева центральной и недостаточная твердость при упрочняющей обработке в результате недогрева периферийных областей энергетического воздействия.The disadvantages of the known technical solution is the existing discrepancy between the distribution of energy flux density on the surface to a given change in the state of technological objects. This can lead, even at the processing stage, to the formation of various defects, such as for thin-walled parts: burns, coarse grains, local melting and warping of sheet blanks due to uneven heat generation over the width of the heat-affected zone. For bulk parts, the following defects are characteristic: uneven distribution of mechanical properties along the width of the heat-affected zone; uneven processing depth; local fusion; increased fragility of the product due to central overheating and insufficient hardness during hardening processing as a result of underheating of the peripheral areas of energy exposure.

В основу изобретения поставлена задача увеличить производительность, снизить энергозатраты, устранить многократное воздействие излучения на заготовку, повысить качество лазерной обработки металлических и неметаллических материалов, расширить технологические возможности путем обеспечения требуемых распределения плотности мощности энергетического потока в пятне нагрева и ширины зоны обработки (термического влияния).The basis of the invention is the task to increase productivity, reduce energy consumption, eliminate the multiple effects of radiation on the workpiece, improve the quality of laser processing of metal and nonmetallic materials, expand technological capabilities by providing the required distribution of power density of the energy flow in the heating spot and the width of the processing zone (thermal effect).

Данная задача решается тем, что в способе лазерной термической обработки материалов, заключающемся в воздействии на обрабатываемый материал непрерывного лазерного излучения, сфокусированного в световое пятно в виде отрезка, перемещающегося по заданной траектории с постоянной или переменной скоростью, согласно изобретению предварительно определяют допустимую максимальную температуру на поверхности обрабатываемого материала, превышающую температуру необходимого структурного или фазового превращения, скорость перемещения светового отрезка и максимальные температуры вдоль линии перемещения светового отрезка в центре и на расстоянии х=±b/2 от центра, где b - ширина зоны обработки, по этим параметрам настраивают мощность и распределение плотности мощности лазерного излучения, а длину L светового отрезка выбирают в диапазоне значений L=(1,0…1,3)b.This problem is solved in that in the method of laser heat treatment of materials, which consists in exposing the material to be processed, continuous laser radiation focused into a light spot in the form of a segment moving along a given path with constant or variable speed, according to the invention, the permissible maximum surface temperature is preliminarily determined processed material, exceeding the temperature of the required structural or phase transformation, the speed of movement of light about the segment and the maximum temperatures along the line of movement of the light segment in the center and at a distance x = ± b / 2 from the center, where b is the width of the processing zone, the power and distribution of the laser radiation power density are adjusted using these parameters, and the length L of the light segment is selected in range of values L = (1,0 ... 1,3) b.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого способа лазерной термической обработки материалов. На фиг.2 изображена схема устройства, реализующего предлагаемый способ лазерной термической обработки материалов. На фиг.2 обозначено: А - лазерное излучение, падающее на обрабатываемую деталь; Б - ответвленная часть лазерного излучения; В - тепловое излучение от исследуемых участков объекта.Figure 1 shows a diagram of the proposed method of laser heat treatment of materials. Figure 2 shows a diagram of a device that implements the proposed method of laser heat treatment of materials. Figure 2 indicates: A - laser radiation incident on the workpiece; B - the branched part of the laser radiation; In - thermal radiation from the studied areas of the object.

Лазерное излучение 1 мощностью Q, сфокусированное в световое пятно длиной L, с распределением плотности мощности q(x,y) воздействует на обрабатываемый материал 2 шириной H1 и толщиной Н2. При перемещении обрабатываемого материала 2 с постоянной или переменной скоростью v образуется зона обработки, т.е. область, где материал нагревается выше температуры фазового или структурного перехода шириной b. Заданная ширина зоны обработки не может быть получена любым из способов местного нагрева, кроме лазерного, поскольку они при передаче тепла не обладают высокой плотностью энергии. Определение скорости перемещения светового отрезка, мощности и распределения плотности мощности лазерного излучения проводят расчетным путем, решая обратную задачу теплопроводности. В процессе обработки проводят контроль мощности и распределения плотности мощности лазерного излучения, а также температуры на поверхности обрабатываемого материала.Laser radiation 1 of power Q, focused into a light spot of length L, with a power density distribution q (x, y), acts on the material being processed 2 with a width of H 1 and a thickness of H 2 . When moving the processed material 2 with a constant or variable speed v, a treatment zone is formed, i.e. the region where the material is heated above the temperature of a phase or structural transition of width b. The specified width of the treatment zone cannot be obtained by any of the methods of local heating, except laser, because they do not have a high energy density during heat transfer. The determination of the speed of movement of the light segment, power and distribution of the power density of laser radiation is carried out by calculation, solving the inverse problem of thermal conductivity. During processing, control the power and distribution of the power density of the laser radiation, as well as the temperature on the surface of the processed material.

Данный способ реализуется с помощью устройства для воздействия лазерного излучения 1 на обрабатываемый материал 2, содержащего оптический элемент фокусатор 3, оптически связанный с ответвителем 4, оптическим блоком ИК-радиометра 5, поворотным зеркалом 6, телескопической системой 7, оптическими фильтрами 8 и оптическим блоком тепловизора 9, содержащим аналогово-цифровые преобразователи 10. Для повышения эффективности энерговклада используются специальные поглощающие покрытия 11. Позиция I для регистрации температурного поля в объемных технологических объектах, позиция II для регистрации температурного поля в листовых материалах.This method is implemented using a device for influencing laser radiation 1 on the material 2, containing an optical element focuser 3, optically coupled to a coupler 4, an optical block of an infrared radiometer 5, a rotary mirror 6, a telescopic system 7, optical filters 8 and an optical block of a thermal imager 9, containing analog-to-digital converters 10. To increase the efficiency of the energy input, special absorbing coatings are used 11. Position I for recording the temperature field in bulk technologies logical entities, II position for the temperature field in the registration sheet materials.

Предлагаемый способ лазерной термической обработки материалов заключается в следующем. На основе анализа детали определяется требуемый температурный цикл в зоне термического влияния; определяется целесообразность применения и выбираются поглощающие покрытия. Проводится расчет основных параметров режима обработки решением обратной задачи теплопроводности. Основными параметрами режима обработки являются длина светового пятна L в виде отрезка и распределение плотности мощности излучения q(x, y), а также: при обработке непрерывным излучением - мощность излучения Q и скорость обработки v; при обработке импульсным излучением - энергия в импульсе Еи и длительность импульса τи.The proposed method of laser heat treatment of materials is as follows. Based on the analysis of the part, the required temperature cycle in the heat affected zone is determined; expediency of application is determined and absorbing coatings are selected. The main parameters of the processing mode are calculated by solving the inverse heat conduction problem. The main parameters of the processing mode are the length of the light spot L in the form of a segment and the distribution of the radiation power density q (x, y), as well as: when processing with continuous radiation, the radiation power Q and the processing speed v; when processing by pulsed radiation - the energy in the pulse E and and the pulse duration τ and .

Сначала определяют допустимую максимальную температуру на поверхности обрабатываемого материала, превышающую температуру необходимого структурного или фазового превращения, затем - скорость перемещения светового отрезка и максимальные температуры вдоль линии перемещения светового отрезка в центре и на расстоянии х=±b/2 от центра, где b - ширина зоны обработки. По этим параметрам определяют мощность и распределение плотности мощности лазерного излучения. Длину L светового отрезка выбирают в диапазоне значений L=(1,0…1,3) b. При L<1 имеет место недогрев периферийных областей энергетического воздействия, что приводит, например, к недостаточной их твердости при упрочняющей обработке. Как установлено в результате проведенных испытаний металлических образцов при L>1,3 ширина области обработки превышает заданную. Лазерному воздействию в этом случае подвергаются слои материала технологического объекта, для которых это недопустимо. Кроме того, в этом случае повышаются энергозатраты, связанные с этим непроизводительным воздействием.First, determine the permissible maximum temperature on the surface of the processed material, exceeding the temperature of the required structural or phase transformation, then the speed of movement of the light segment and maximum temperatures along the line of movement of the light segment in the center and at a distance x = ± b / 2 from the center, where b is the width processing zones. These parameters determine the power and power density distribution of laser radiation. The length L of the light segment is selected in the range of values L = (1.0 ... 1.3) b. When L <1, there is an underheating of the peripheral regions of the energy impact, which leads, for example, to their insufficient hardness during hardening treatment. As established as a result of tests of metal samples at L> 1.3, the width of the processing region exceeds a predetermined one. In this case, layers of the material of the technological object are exposed to laser action, for which this is unacceptable. In addition, in this case, increased energy costs associated with this unproductive impact.

Затем осуществляется выбор оборудования и средств автоматизации. Проводится расчет и изготовление формирующих излучение оптических элементов - фокусаторов. Выбирается дополнительная оснастка, приборы и приспособления. Выполняется отработка технологии на конкретных деталях с оценкой соответствия выходных параметров технологического процесса заданным.Then the choice of equipment and automation. The calculation and manufacture of radiation-forming optical elements - focusers. Additional equipment, devices and appliances are selected. The technology is being tested on specific details with an assessment of the correspondence of the output parameters of the technological process to the given ones.

При применении известных способов на этапе выбора режимов обработки расчет требуемого распределения плотности мощности лазерного излучения для формирования необходимого энергетического воздействия на технологические объекты не проводится. Рассматривают процессы нагрева полубесконечного тела или тонкой пластины энергетическим источником с равномерным или гауссовским круговым (иногда, однородным полосовым) распределением плотности мощности. Далее, строят расчетные номограммы для определения режимов обработки: мощности Q, скорости v относительного перемещения детали и лазерного пятна, радиуса пятна нагрева - при обработке непрерывным излучением; энергии Еи и длительности импульса τи, а также радиуса пятна нагрева - при импульсном воздействии. Причем при импульсной обработке чаще всего рассматривают стадию нагрева, используя известные аналитические решения дифференциального уравнения теплопроводности для одномерных моделей в линейной подстановке (не учитываются температурные зависимости теплофизических характеристик и поглощательной способности облучаемого материала).When using known methods at the stage of selecting processing modes, the calculation of the required distribution of the power density of laser radiation to form the necessary energy effects on technological objects is not carried out. The processes of heating a semi-infinite body or thin plate with an energy source with a uniform or Gaussian circular (sometimes uniform strip) power density distribution are considered. Next, design nomograms are built to determine the processing modes: power Q, speed v relative movement of the part and the laser spot, the radius of the heating spot when processing with continuous radiation; energy E and and pulse duration τ and , as well as the radius of the heating spot - under pulsed exposure. Moreover, during pulse processing, the heating stage is most often considered using known analytical solutions of the differential heat equation for one-dimensional models in linear substitution (the temperature dependences of the thermophysical characteristics and absorption capacity of the irradiated material are not taken into account).

Отличительными особенностями предлагаемого подхода от традиционного являются то, что геометрические размеры лазерного пятна и распределение плотности мощности излучения рассматриваются в качестве основных параметров режима обработки, выбор параметров лазерного источника и разработка формирующих излучение оптических элементов проводится в соответствии с результатами решения обратной задачи теплопроводности. Применение предлагаемого способа энергетического воздействия на материалы с использованием дифракционных оптических элементов (фокусаторов излучения) в технологии лазерной обработки материалов открывает принципиально новые возможности управления свойствами и эксплуатационными характеристиками обрабатываемых деталей путем целенаправленного изменения формы пятна нагрева и распределения плотности мощности энергетического потока.Distinctive features of the proposed approach from the traditional one are that the geometric dimensions of the laser spot and the distribution of the radiation power density are considered as the main parameters of the processing mode, the selection of the parameters of the laser source and the development of the optical elements forming the radiation are carried out in accordance with the results of solving the inverse heat conduction problem. The application of the proposed method of energy exposure to materials using diffractive optical elements (radiation focusers) in the technology of laser processing of materials opens up fundamentally new possibilities for controlling the properties and operational characteristics of the processed parts by purposefully changing the shape of the heating spot and the distribution of power density of the energy flow.

Росту крупного зерна при кристаллизации способствует неравномерное распределение легирующих элементов внутри зерен, а также неравномерная степень пластической деформации. Особую склонность к росту зерна материал имеет после критических степеней холодной деформации (2…15%) при медленном нагреве, поэтому нагрев при полном отжиге проводится с максимально возможной скоростью. Температура лазерного отжига полуфабрикатов из сплава АМг2Н может достигать 800…820К с сокращением времени выдержки. Обработка проводилась лазерным излучением при следующих параметрах: мощность лазерного излучения 600±7 Вт; скорость обработки 0,6±0,01 м/с. Применение разработанного технологического процесса отжига перед холодной штамповкой листовых и трубчатых заготовок из алюминиевого сплава АМг2Н позволило повысить предельное относительное и уменьшить минимальный радиус гиба.Coarse grain growth during crystallization is facilitated by the uneven distribution of alloying elements within the grains, as well as the uneven degree of plastic deformation. The material is particularly prone to grain growth after critical degrees of cold deformation (2 ... 15%) during slow heating; therefore, heating at full annealing is carried out at the highest possible speed. The temperature of laser annealing of semi-finished products from AMg2N alloy can reach 800 ... 820K with a reduction in the exposure time. The processing was carried out by laser radiation with the following parameters: laser radiation power of 600 ± 7 W; processing speed 0.6 ± 0.01 m / s. Application of the developed technological process of annealing before cold stamping of sheet and tubular blanks from aluminum alloy AMg2N allowed to increase the ultimate relative and reduce the minimum bending radius.

Для титановых сплавов формообразование с нагревом является основным способом формоизменения. Титановые сплавы ОТ4-1 и ОТ4 относятся к группе сплавов с преобладанием α-твердого раствора и небольшим количеством β-фазы (псевдо α-сплавы) и имеют температуру полиморфного превращения соответственно Тα+β↔β=1180…1220K и Тα+β↔β=1190…1230K. Эти сплавы имеют удовлетворительную технологическую пластичность в интервале температур 760…870K для ОТ4-1 и 820…970K - для ОТ4. Однако при технологических нагревах в воздушной среде до температур выше 770K на поверхностях заготовок образуются оксидные и газонасыщенные слои, снижающие эксплуатационную прочность деталей и ухудшающие штампуемость материала. Экспериментальные исследования условий снятия наклепа и образования рекристаллизованной структуры с помощью лазерного нагрева показали возможность протекания этих процессов в диапазоне температур рекристаллизации (для сплава ОТ4-1 - 990…1110K, для сплава ОТ4 - 1030…1130K). Параметры режима обработки: мощность лазерного излучения 450±5 Вт; скорость обработки 0,6±0,01 м/с. Испытания на растяжение образцов показали, что применение разработанных технологических процессов отжига обеспечивает повышение предельного относительного удлинения и увеличение предельного угла изгиба при холодном деформировании листовых деталей из низколегированных титановых сплавов ОТ4 и ОТ4-1 толщиной 2 мм, что позволяет проводить их формообразование без дополнительного подогрева. Применение разработанного технологического процесса отжига также обеспечивает снижение угла пружинения при гибке деталей из низколегированных титановых сплавов.For titanium alloys, heat shaping is the primary method of shaping. OT4-1 and OT4 titanium alloys belong to the group of alloys with a predominance of α-solid solution and a small amount of β-phase (pseudo α-alloys) and have a polymorphic transformation temperature T α + β↔β = 1180 ... 1220 K and T α + β, respectively ↔β = 1190 ... 1230K. These alloys have satisfactory technological plasticity in the temperature range 760 ... 870K for OT4-1 and 820 ... 970K for OT4. However, during technological heating in air to temperatures above 770 K, oxide and gas-saturated layers are formed on the surfaces of the workpieces, which reduce the operational strength of the parts and worsen the formability of the material. Experimental studies of hardening conditions and the formation of a recrystallized structure using laser heating have shown that these processes can occur in the recrystallization temperature range (for the OT4-1 alloy - 990 ... 1110K, for the OT4 alloy - 1030 ... 1130K). Processing mode parameters: laser radiation power 450 ± 5 W; processing speed 0.6 ± 0.01 m / s. Tensile tests of the samples showed that the application of the developed technological processes of annealing provides an increase in the ultimate elongation and an increase in the ultimate bending angle during cold deformation of sheet parts from low-alloy titanium alloys OT4 and OT4-1 2 mm thick, which allows them to be formed without additional heating. The application of the developed technological annealing process also provides a reduction in the spring angle when bending parts made of low alloy titanium alloys.

Вал поршневого двигателя П-032 для сверхлегких летательных аппаратов конструктивно выполняется штамповкой двухколенным, неразъемным из стали 12Х2Н4А. Вал имеет две шатунные и две коренные шейки, которые для повышения износостойкости цементируются на глубину 1,2…1,7 мм. Для изготовления деталей коленчатого вала поршневого двигателя палец кривошипный, шатун, верхняя ось также применяется цементированная сталь 12Х2Н4А. Остальные детали коленчатого вала (полуось верхняя и нижняя, щека) изготавливаются из хромоникельмолибденовой улучшаемой стали 40ХНМА. При повышении износостойкости коренных и шатунных шеек коленчатого вала одними из основных требований являются равномерность глубины закаленной зоны и отсутствие дефектов на ее поверхности. Проведена отработка температурно-скоростных режимов лазерного упрочнения коленчатых валов из хромоникельмолибденовой стали 40ХНМА и цементированной стали 12Х2Н4А. Температура в зоне лазерного воздействия составляла 1100…1300K. Параметры режима обработки: мощность лазерного излучения Q=950±10 Вт; скорость обработки v=1,3±0,03 м/с. Лазерное термоупрочнение деталей из сталей 40ХНМА и 12Х2Н4А с регулируемым пространственным распределением мощности излучения позволило увеличить износостойкость по сравнению с обработкой т.в.ч.The shaft of the P-032 piston engine for ultralight aircraft is structurally performed by two-knee stamping, one-piece from 12X2N4A steel. The shaft has two connecting rods and two main necks, which are cemented to a depth of 1.2 ... 1.7 mm to increase wear resistance. For the manufacture of parts of the crankshaft of a piston engine, the crank pin, connecting rod, and the upper axis also use cemented steel 12X2N4A. The remaining parts of the crankshaft (upper and lower half axles, cheek) are made of chromium-nickel-molybdenum-grade steel 40XHMA. With increasing wear resistance of the crankshaft main and connecting rod journals, one of the main requirements is uniformity of the hardened zone depth and the absence of defects on its surface. The temperature-and-speed regimes of laser hardening of crankshafts made of 40KHNMA chromium-nickel-molybdenum steel and 12Kh2N4A cemented steel were tested. The temperature in the laser exposure zone was 1100 ... 1300K. Processing mode parameters: laser radiation power Q = 950 ± 10 W; processing speed v = 1.3 ± 0.03 m / s. Laser thermal hardening of parts made of 40KhNMA and 12Kh2N4A steels with an adjustable spatial distribution of radiation power made it possible to increase the wear resistance compared to the treatment of h.v.

При реализации способа лазерной термической обработки из условия отсутствия дефектов предварительно определяли допустимую максимальную температуру на поверхности обрабатываемого материала, превышающую температуру необходимого структурного или фазового превращения, скорость перемещения светового отрезка и максимальные температуры вдоль линии перемещения светового отрезка в центре и на расстоянии х=±b/2 от центра, где b - ширина зоны обработки, по этим параметрам настраивают мощность и распределение плотности мощности лазерного излучения, а длину L светового отрезка выбирали в диапазоне значений 1,0 b<L<1,3 b.When implementing the laser heat treatment method, from the condition of the absence of defects, the admissible maximum temperature on the surface of the processed material, exceeding the temperature of the required structural or phase transformation, the speed of movement of the light segment and the maximum temperatures along the line of movement of the light segment in the center and at a distance x = ± b / were previously determined 2 from the center, where b is the width of the processing zone, these parameters adjust the power and distribution of the power density of the laser radiation values, and the length L of the light segment was chosen in the range of 1.0 b <L <1.3 b.

При одинаковой длине фокального отрезка 12 мм ширина отожженной зоны для титановых сплавов ОТ4 и ОТ4-1 по результатам металлографических исследований составила 11 мм, а для сплава алюминиевого сплава АМг2Н - около 9 мм. Ширина закаленной зоны стальных образцов равнялась 10 мм. Таким образом, в зависимости от вида термической обработки и обрабатываемого материала длина фокального отрезка составляет 1,0 b<L<1,3 b.With the same focal length of 12 mm, the annealed zone width for the OT4 and OT4-1 titanium alloys was 11 mm according to the results of metallographic studies, and about 9 mm for the alloy of the aluminum alloy AMg2N. The width of the hardened zone of steel samples was 10 mm. Thus, depending on the type of heat treatment and the material being processed, the length of the focal segment is 1.0 b <L <1.3 b.

Claims (1)

Способ лазерной термической обработки материалов, включающий воздействие на обрабатываемый материал непрерывным лазерным излучением, сфокусированным в световое пятно в виде отрезка, перемещаемое по заданной траектории с постоянной или переменной скоростью, отличающийся тем, что предварительно определяют допустимую максимальную температуру на поверхности обрабатываемого материала, превышающую температуру необходимого структурного или фазового превращения, скорость перемещения светового отрезка и максимальные температуры вдоль линии перемещения светового отрезка в центре и на расстоянии х=±b/2 от центра, где b - ширина зоны обработки, по этим параметрам настраивают мощность и распределение плотности мощности лазерного излучения, а длину L светового отрезка выбирают в диапазоне значений L=(1,0…1,3)b. A method of laser heat treatment of materials, comprising exposing the material to be processed with continuous laser radiation focused into a light spot in the form of a segment that moves along a predetermined path with constant or variable speed, characterized in that the admissible maximum temperature on the surface of the processed material is preliminarily determined in excess of the temperature required structural or phase transformation, the speed of movement of the light segment and the maximum temperatures along the lines of movement of the light segment in the center and at a distance x = ± b / 2 from the center, where b is the width of the processing zone, the power and distribution of the laser radiation power density are adjusted using these parameters, and the length L of the light segment is selected in the range of values L = (1 , 0 ... 1.3) b.
RU2006125300/02A 2006-07-13 2006-07-13 Method of laser thermal procesing of materials RU2345148C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006125300/02A RU2345148C2 (en) 2006-07-13 2006-07-13 Method of laser thermal procesing of materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006125300/02A RU2345148C2 (en) 2006-07-13 2006-07-13 Method of laser thermal procesing of materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006125300A RU2006125300A (en) 2008-01-27
RU2345148C2 true RU2345148C2 (en) 2009-01-27

Family

ID=39109353

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006125300/02A RU2345148C2 (en) 2006-07-13 2006-07-13 Method of laser thermal procesing of materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2345148C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2483124C2 (en) * 2009-03-11 2013-05-27 Ниппон Стил Корпорейшн Electrotechnical steel sheet with directed granular structure and method of its fabrication
RU2604550C1 (en) * 2012-11-26 2016-12-10 Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн Oriented-grain electric steel sheet and method of producing oriented-grain electrical steel sheet
RU2707166C2 (en) * 2015-05-08 2019-11-22 Икергуне, А.И.Э. Method and device for thermal treatment of object using energy beam
RU2809898C2 (en) * 2021-08-30 2023-12-19 Илья Сергеевич Печников Method of laser thermal hardening of working surface of internal combustion engine cylinder or air-cooled engine cylinder liner

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113573489B (en) * 2021-07-01 2024-04-05 德中(天津)技术发展股份有限公司 Method for manufacturing conductive pattern by selectively activating insulating material through laser and chemical combination

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГИГОРЬЯНЦ А.Г., САФОНОВ А.Н. Методы поверхностной лазерной обработки. Лазерная техника и технология. - М.: Высшая школа, 1987, с.15-27. *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2483124C2 (en) * 2009-03-11 2013-05-27 Ниппон Стил Корпорейшн Electrotechnical steel sheet with directed granular structure and method of its fabrication
EP2412832A4 (en) * 2009-03-11 2017-09-13 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Grain-oriented electrical steel sheet and producing method therefor
EP3851547A1 (en) * 2009-03-11 2021-07-21 Nippon Steel Corporation Grain-oriented electrical steel sheet and producing method therefor
RU2604550C1 (en) * 2012-11-26 2016-12-10 Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн Oriented-grain electric steel sheet and method of producing oriented-grain electrical steel sheet
US10297375B2 (en) 2012-11-26 2019-05-21 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Grain-oriented electrical steel sheet and method of manufacturing grain-oriented electrical steel sheet
RU2707166C2 (en) * 2015-05-08 2019-11-22 Икергуне, А.И.Э. Method and device for thermal treatment of object using energy beam
RU2809898C2 (en) * 2021-08-30 2023-12-19 Илья Сергеевич Печников Method of laser thermal hardening of working surface of internal combustion engine cylinder or air-cooled engine cylinder liner

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006125300A (en) 2008-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mishra et al. Modeling and optimization of laser beam percussion drilling of thin aluminum sheet
Göttmann et al. Laser-assisted asymmetric incremental sheet forming of titanium sheet metal parts
Karmakar et al. Effect of tempering on laser remelted AISI H13 tool steel
Bohlen et al. Additive manufacturing of tool steel by laser metal deposition
Walczyk et al. Bending of titanium sheet using laser forming
RU2345148C2 (en) Method of laser thermal procesing of materials
Murzin Local Laser Annealing for Aluminium Alloy Parts.
Hu et al. Increasing the capability of laser peen forming to bend titanium alloy sheets with laser-assisted local heating
Shin et al. Microstructural and hardness investigation of hot-work tool steels by laser surface treatment
Murzin et al. Laser beam shaping for modification of materials with ferritic-martensitic structure
Goffin et al. The use of holographic optical elements (HOE's) to investigate the use of a flat irradiance profile in the control of heat absorption in wire-fed laser cladding
Mi et al. Conduction mode laser welding with beam shaping using a deformable mirror
CN114807797A (en) Laser heat treatment method of titanium alloy
Murzin et al. Softening of low-alloyed titanium billets with laser annealing
Shin et al. Laser surface hardening of S45C medium carbon steel using ND: YAG laser with a continuous wave
Hetzel et al. Enhancement of the forming limits for orbital formed tailored blanks by local short-term heat treatment
CN105904092A (en) Meidum- and high-carbon steel plate laser welding method and device
Zarini et al. Formability enhancement of Al 6060 sheets through fiber laser heat treatment
Fauzi et al. Influence of non-conventional beam profile on edge effects in laser forming of AISI 304 stainless steel plate
Kaglyak et al. Repeatability of sheet material formation results and interchangeability of processing modes at multi-pass laser formation
Ulewicz et al. Impact of Laser Machining on the Structure and Properties of Tool Steels
Sharma et al. Mechanical behaviour of mild steel during multi-scan laser bending with forced cooling
Murzin et al. Study of structure of dual phase steel after laser heat treatment using moving distributed surface heat sources
Harrer et al. Laser softening of press hardened steel for novel automotive parts
Fauzun et al. Design of laser melting of tool steel for surface integrity enhancement

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080810