Международные конференции в 2011 году

Международные конференции ИПЛИТ РАН в 2011 году.

24 – 22 мая 2011 года Крым, Украина проходила Пятая Международная конференция «Лазерные технологии в сварке и обработке материалов». Одним из председателей конференции стал Майоров Владимир Сергеевич, д.ф.-м.н, профессор, член НОЦ КПВМ, директор Научно-образовательного центра Института проблем лазерных и информационных технологий РАН, Лауреат Премии Правительства РФ в области образования (2008 г.). На пленарном заседании были заслушаны выступления и обзорные доклады ведущих учёных и специалистов. В заключительном разделе пленарного заседания слушались научные доклады молодых учёных и специалистов. Сотрудниками ИПЛИТ РАН на конференции были представлены стендовые и пленарные доклады. Остановимся на этих докладах несколько подробнее.

Стендовые доклады.

Майоров Даниил Владимирович представил на тему «Оценка режимов лазерной газопорошковой наплавки».

Технология лазерной наплавки является естественным продолжением и развитием электродуговой и плазменной наплавки. При наплавке процесс ведут с минимальным подплавлением основы, а состав и свойства металла поверхности практически полностью определяются свойствами присадочного материала. Для лазерной наплавки присадочный материал может быть либо предварительно нанесён на поверхность детали, либо подаваться в зону обработки газовой струёй в виде порошка одновременно с воздействием лазерного излучения. Способ лазерной наплавки при оплавлении покрытий описывается тепловой задачей нагрева и плавления двухслойной среды с учётом процессов тепломассопереноса, когда плавление идёт от поверхностного слоя к материалу основы. При газопорошковой наплавке механизм другой: основную роль играют процессы нагрева и плавления, летящих через лазерный пучок частиц порошка и их взаимодействие с нагретой лазерным излучением подложкой, за счёт чего происходит постепенное наращивание наплавляемого слоя. В настоящей работе сделаны простые теоретические оценки основных параметров газопорошковой лазерной наплавки металлических материалов. В рамках настоящей оценочной модели применяется энергетический подход. Используются усреднённые и интегральные критерии и характеристики процесса. Необходимые для решения начальные и граничные условия носят очевидный характер. Оказалось, что такой подход позволяет не только адекватно описать основные закономерности лазерной газопорошковой наплавки, но и дать достаточно ценные и иногда нетривиальные рекомендации по оптимизации технологических режимов лазерной обработки.

Доклад на тему «Снижение износа цилиндров двигателей внутреннего сгорания после лазерной термообработки» представили Майоров Владимир Сергеевич и Майоров Даниил Владимирович.

Ресурс автомобиля, его пробег до капитального ремонта ограничивается сроком службы и износостойкостью ряда основных деталей и узлов, к которым относятся и детали цилиидро-поршневой группы. Увеличение износостойкости цилиндров является одной из основных задач в повышении долговечности, как серийных бензиновых двигателей, так и перспективных дизельных двигателей. Лазерная обработка открывает новые возможности в этом направлении. Интенсивность изнашивания уменьшается с увеличением твёрдости поверхностного слоя. Однако твёрдость не всегда является определяющим фактором сопротивления износу. Известно, что в условиях трения скольжения/трения эффективно использование баббитов - материалов с мягкой матрицей и включениями твёрдых частиц, способных работать в условиях трения как подшипники скольжения (правило Шарли). С помощью лазера также можно получить твёрдые закалённые зоны на существенно более мягкой основе, однако в этом случае мы будем иметь дело уже дело не микро, а макронеоднородиостями в распределении твёрдости на поверхности детали. В настоящей работе предлагается использовать правило Шарли в макромасштабах. Выведена формула, показывающая, какая доля рабочей поверхности детали должна быть упрочнена лазером. Приведены экспериментальные данные износных испытаний гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания (ДВС), упрочнённых лазером в соответствии с выведенными закономерностями. Полученные результаты показали эффективность лазерной обработки.

Доклады (работы), представленных молодыми учёными ИПЛИТ РАН на конференции

Пленарное заседание (24 мая 2011 г.)

Гребенкин A.II. , Ларичев А.В. , Майоров B.C. , Панченко В.Я. «Регистрация биомагнитных сигналов мозга с использованием сверхпроводниковых квантовых магнитометров при лазерной зрительной стимуляции сетчатки глаза»

В настоящее время в клинической офтальмологии начинают использоваться новые подходы к изучению биоэлектрической активности зрительной системы, состоящие в исследовании пространственного распределения биопотенциалов в структурах головного мозга - топографическое картирование и трехмерная локализация источников зрительных вызванных потенциалов (ЗВП). Магнитоэнцефалография, в отличие от электроэнцефалографии, полностью бесконтактна, поскольку не связана с необходимостью закрепления каких-либо электродов на голове обследуемого и не зависит от формы головы, что является одним из ее дополнительных преимуществ, однако требует использования работающих при гелиевых температурах сверхпроводниковых квантовых магнитометров (СКВИД-магпитометров). Была создана система подачи световых стимулов для организации зрительной стимуляции выбранных участков сетчатки глаза. Система позволяет формировать световые стимулы и проецировать их через оптическую систему на сетчатку глаза человека. Для регистрации вызванных откликов зрительной коры головного мозга использовался гелиевый криостат с МЭГ-системой и специальное программное обеспечение. В результате исследований были проведены эксперименты на испытуемых по регистрации биомагнитных сигналов, генерируемых мозгом человека. Проведен анализ экспериментальных биомагнитных сигналов, генерируемых в качестве вызванных ответов на зрительную стимуляцию сетчаткой глаза. Показана взаимосвязь биомагнитных сигналов, интерпретируемых как отклики на предъявленные оптические стимулы.

Пленарное заседание (25 мая 2011год)

Волгин В. И., Майоров B.C. «Разработка промышленных лазерных технологий на ЗИЛе»

В середине 70-х годов в нашей стране были созданы лазеры с высокой энергетикой, научные и практические приложения лазеров во многом не отставали, а напротив, опережали мировой уровень. Многие отрасли уже не мыслили своей производственной деятельности без лазерных технологий, без лазеров на своих заводах. Центральная лаборатория электронно-лучевой и лазерной обработки (ЦЛЭЛЛО) на Автозаводе им. И.А. Лихачёва (АМО ЗИЛ) в этом движении была неоспоримым лидером. В настоящей работе обобщаются результаты научной, исследовательской, технологической и внедренческой деятельности лаборатории за многолетний период. Работы шли по всему возможному кругу направлений: лазерное упрочнение и закалка, лазерная сварка, резка, наплавка и легирование, прошивка отверстий, и прочее. В работе приведены примеры лазерной обработки десятков и десятков автомобильных деталей. Последовательность, схема каждой работы была следующей: постановка практической задачи — разработка технологии - изготовление опытной партии - испытания - разработка оборудования и техоснастки - внедрение в цехах завода. Конечно, всё это сопровождалось технико-экономическим анализом, расчётами рентабельности и эффективности. Был разработан целый ряд научных положений, которые способствовали решению крупной научно-производственной проблемы по созданию и внедрению в автомобильную промышленность принципиально новых методов лазерной обработки, улучшающих качество и ресурс деталей. Были созданы новые методы в технологии лазерной обработки материалов, разработаны и испытаны новые устройства и приборы, созданы не имеющие аналогов в стране и за рубежом лазерные технологические комплексы и автоматические линии, работающие в производстве.

Пленарное заседание (26 мая 2011 год)

Майоров B.C., Хоменко М.Д. «Моделирование коаксиального потока порошка при лазерной наплавке»

Лазерная наплавка промышленно применяется для скоростного и точного нанесения порошков при быстром прототипировании, нанесении покрытий, восстановлении штампов и в других технологических операциях. Параметры подаваемого порошка значительно влияют на качество получаемых слоев. Несмотря на экспериментально отработанное технологическое использование соосной подачи материала при лазерной наплавке, физические процессы, происходящие при этом в частицах порошка, изучены недостаточно. В данной работе численно исследованы процессы кинетики плавления микрочастиц в потоке. Модель базируется на самосогласованных уравнениях для температурного поля и кинетики фазового перехода (уравнения типа Колмогорова). Исследовано влияние параметров порошка и лазерного излучения на динамику плавления частицы. Показано, что плавление микрочастиц происходит при значительном перегреве и имеет резко нелинейный характер. Также исследовано влияние радиационного, кондуктивного и конвективного охлаждения на температуру частиц. Определена энергия, вносимая частицами в расплавленную зону подложки, а также динамика распределения их температур для различных размеров. Известно, что рассеяние лазерного луча, проходящего сквозь струю порошка, ощутимо влияет на долю поглощенной мощности излучения. В данной работе используется нелинейный источник для моделирования доли лазерного излучения, попадающего на частицы. Мощность источника зависит от параметров подачи порошка. Модель позволяет определить оптимальные параметры лазерного излучения и подаваемого порошка для получения бездефектных покрытий.

Панченко В. Я., Васильцов В. В., Егоров Э.Н., Ильичев И.Н., Мисюров А.И., Низьев B.T., Павлов М.Н., Майоров B.С. «Российская экспериментальная установка для селективного лазерного спекания. Получение материалов»

Технологии селективного лазерного спекания (СЛС) активно развиваются в последние годы в технологически развитых странах. Несмотря на значительный опыт, теоретический и экспериментальный, в России на сегодня практически не имеется промышленного оборудования и технологий в области СЛС. Представлена разработанная отечественная (Россия) экспериментальная технологическая установка для процессов селективного лазерного спекания металлических, металлокерамических и композитных порошков для изготовления материалов с высокими служебными свойствами. Установка сделана на основе специально разработанного мощного (до 2 кВт) волноводного технологического СОг-лазера серии «Гибрид» с возбуждением рабочей среды разрядом переменного тока звуковой частоты. Лазер имеет два режима работы: средняя мощность излучения до 1 кВт с дифракционным одномодовым распределением излучения, средняя мощность излучения до 2 кВт с многолучевой генерацией и однородным распределением плотности мощности (Супергаусс) на обрабатываемом поле. В качестве манипуляторов используются 3-координатный стол с подачей порошкового материала через коаксиальное сопло и илоттерный манипулятор с летающей оптикой с послойной засыпкой порошков. Представлены образцы материалов, полученных по технологии СЛС и результаты их исследований, в частности, металлографические исследования. Для получения лабораторных образцов материалов были использованы различные порошки из металлов: W, Mo, Ni, Ti, TiSi2, TiN и порошки ПГ-СР3.4 (состав, %: W 6,03, Сг 28,57, Fe 1,54, Со 30,56, № 33,2 9). с добавками оксида титана, оксида никеля, углеродными нано трубками. Численное моделирование показало, что если в составе порошка есть частицы разного размера, то они будут приходить к подложке с разными температурами, и в разном агрегатном состоянии, что, несомненно, влияет на качество наплавки, на физико-химические и функциональные свойства наплавленного материала.

Возможность живого общения молодых учёных, студентов и аспирантов с ведущими учёными страны, совместные творческие обсуждения научных достижений и перспективы дальнейшего развития науки способствуют воспитанию новых молодых высококвалифицированных научных кадров. Жизнь подтвердила потребность интеграции творческих усилий вузов и академических институтов в решении актуальных проблем развития высоких технологий и необходимость проведения подобных научных конференции и семинаров для молодёжи.

28 мая - 4 июня 2011 года в Черногории проходил девятый национальный семинар «Математическое моделирование и модели в лазерно-плазменных процессах, передовые технологии в естественных науках» (Ninth International Seminar «MATHEMATICAL MODELS & MODELING IN LASERPLASMA PROCESSES & ADVANCED SCIENCE TECHNOLOGIES»). От ИПЛИТ РАН на семинаре был представлен доклад Хоменко М.Д. на тему «Трехмерная тепловая модель лазерной наплавки с учетом кинетики фазовых переходов» В работе численно исследуется эволюция температурного поля в процессе лазерной наплавке с соосной инжекцией порошка. Рассматривается 3D модель базирующаяся на самосогласованных уравнениях баланса энергии и кинетики фазового перехода. Она учитывает такие процессы как: плавление, испарение, кристаллизацию и эволюцию свободной поверхности расплава. Значительное внимание уделено изучению роли неравновесной кинетики фазового превращения, моделируемой уравнением Колмогорова-Авраами. Результаты сравниваются с моделями плавления, основанными на эмпирических формулах. Свободная граница ванны расплава прослеживается методом функций уровня (level-set method). Основные конечно-разностные уравнения решались методом стабилизирующей поправки. Получены 3D распределения температуры в наплавленном слое и профили распределения новой фазы. Проанализировано влияние параметров процесса (потока массы частиц, мощность, скорость сканирования и т.д.) на поведение во времени ванны расплава, а так же на максимальную температуру системы. Размеры зоны расплава (глубина и ширина) и высота наплавленного слоя сравниваются с известными экспериментальными данными.