Лаборатория лазерной сварки

Лаборатория лазерной сварки (ЛЛС) организована в 1993 году на базе одной из старейших научных групп филиала ФИАН. С 1993 по 2009 годы лабораторией руководил С.В. Каюков. С 2009 по 2019 годы и.о. заведующего лабораторией был В.С. Казакевич.

Сотрудники лаборатории

Лаборатория лазерной сварки (фото 2005 года. Верхний ряд слева направо: Зайчиков Е.Г., Нестеров И.Г., Кобелева Т.К., Яресько С.И., Гусева Г.В., Гусев А.А., нижний ряд слева направо: Каковкина Н.Г., Каюков С.В., Михеева Л.Г.).

С самого начала коллектив группы был ориентирован на решение прикладных задач лазерной технологии и добился значительных успехов в этом направлении. Несколько разработок внедрено в промышленное производство и успешно используется на различных предприятиях в течение длительного времени, например:

Разработана технология и оборудование крепления защитных шайб приборных подшипников с помощью точечной лазерной сварки. Технология успешно используется в течение нескольких лет на подшипниковых заводах Самары и Томска и является основной в производстве подшипников высших классов точности.
Разработана технология и создана лазерная установка для сварки змейковых сепараторов подшипников с толщиной ленточки до 1,1 мм. Использование данной разработки вместо традиционных механических способов позволяет заменить латунь в качестве материала для изготовления сепараторов на сталь, что значительно упрощает технологию сборки подшипников.
Разработана технология и оборудование лазерной сварки алюминиевого экрана кабелей связи и стальной гофрированной оболочки оптических кабелей. Несколько установок используются в основном производстве на заводах Самарской кабельной компании в течение нескольких лет. Разработка может быть использована для других задач, связанных со сваркой тонких металлических листов.
Разработана технология, изготовлено и запущено в производство несколько технологических установок лазерного упрочнения металлообрабатывающего инструмента, которые используются на ряде предприятий Самары и других регионов. Технология обеспечивает повышение износостойкости режущего инструмента в 2,0-2,5 раза, штамповкой оснастки - в 3-5 раз.
Разработана технология и оборудование для лазерной обработки текстурованных электротехнических сталей, позволяющая снизить вихретоковые потери на 10-15%. Опытно-промышленная установка используется на Новолипецком металлургическом комбинате.
Разработан новый импульсный твердотельный лазер с ламповой накачкой, отличающийся более высокими массо-габаритными параметрами и обеспечивающий изменение в широких пределах как формы импульсов излучения, так и пространственных характеристик пучка.

Оптимизация параметров излучения позволяет получать сварные соединения в стали глубиной до 6 мм, в меди - более 1 мм. Лазер применим также для пробивки отверстий диаметром от 20 мкм до 1 мм и глубиной до 6 мм.

Научная тематика лаборатории формируется на основе проблем фундаментального характера, возникающих в связи с решением конкретных прикладных задач. Например, были проведены систематические исследования фазовых и структурных превращений в высоколегированных инструментальных сталях и вольфрамо-кобальтовых твердых сплавах при быстром нагреве и охлаждении, структурообразования при скоростной кристаллизации расплавов высоколегированных сталей с карбидным упрочнением, формирования дефектов структуры в микрообъемах точечных сварных соединений конструкционных сталей, прочностных свойств и механизмов разрушения точечных сварных соединений в условиях статического и динамического нагружения, динамики формирования ванны расплава, зарождения и роста парогазового канала при воздействии импульсного лазерного излучения миллисекундной длительности. В настоящее время в ЛЛС сформировалась следующая тематика научных исследований:

Исследование динамики роста парогазового канала и формирования зоны плавления большой глубины под действием импульсного лазерного излучения миллисекундной длительности.
Исследование термопластической упрочняющей обработки жаропрочных никелевых сплавов и конструкционных сталей с нагревом лазерным излучением.
Многофакторный анализ процесса лазерного импульсного упрочнения режущего инструмента и его эксплуатации, исследование закономерностей изнашивания контактных поверхностей трения в окрестности режущей кромки.
Исследование возможности деструкции атеросклеротических отложений на стенках кровеносных сосудов под действием лазерного излучения на различных стадиях их развития.

Одновременно коллективом лаборатории выполняются прикладные работы по договорам с промышленными предприятиями.

На основе проведенных исследований впервые получен ряд важных научных результатов, в частности:

экспериментально обоснована роль буферного объема расплава в обеспечении устойчивости жидкого металла при прогибе поверхности расплава и в процессе роста парогазового канала;
экспериментально реализован эффект увеличения интенсивности лазерного излучения на дне парогазового канала в процессе его роста (эффект самоконцентрации теплового источника);
экспериментально показано, что импульсное лазерное излучение миллисекундного диапазона длительности может быть использовано для формирования в сталях сварных соединений глубиной более 6 мм при энергии менее 20 Дж, что открывает возможность применения компактных, экономичных и надежных технологических установок на базе импульсных YAG лазеров для сварки относительно крупногабаритных деталей;
экспериментально показано, что использование лазерного излучения в качестве источника нагрева при термопластическом упрочнении никелевых сплавов позволяет получать в поверхностном слое остаточные напряжения сжатия величено до 10 ГПа;
разработана модель процесса упрочнения отожженных быстрорежущих сталей, основанная на концепции увеличения плотности дислокаций за счет действия термических и фазовых напряжений, возникающих при локальном лазерном нагреве. Разработана термодинамическая модель формирования метастабильных кристаллических фаз из переохлажденного расплава квазибинарной системы Fe-М₆С в условиях охлаждения со скоростями порядка 10⁶ град/с.
установлен механизм упрочнения вольфрамокобальтовых твердых сплавов при импульсной лазерной поверхностной обработке, заключающийся в дополнительном растворении периферии зерен WC в кобальте, перераспределении Со-фазы к поверхности и увеличении степени микроискажений кристаллической решетки карбидной фазы сплавов.

По результатам многолетних исследований сотрудниками лаборатории защищено три кандидатские и две докторские диссертации.

Предложения к сотрудничеству:

проведение совместных исследований физико-химических процессов, протекающих при лазерной обработке материалов, сопровождающихся плавлением и испарением облучаемого материала (сварка, пробивка отверстий), изменениями фазового и структурного состава, напряженного состояния (упрочняющая обработка);
решение разнообразных прикладных задач, связанных с разработкой новых или усовершенствованием традиционных технологических процессов; разработка, изготовление и запуск в действующих технологических линиях специализированных лазерных установок для сварки, раскроя, упрочнения материалов.

В 2020 году лаборатория технологических лазеров вошла в состав объединенной лаборатории лазерно-индуцированных процессов. И.о. заведующего лабораторией С.И. Яресько.