д спеціальних твердих або газових випромінювачів. Для управління сформованого випромінювачем променя служать спеціальні оптичні системи. Вакуум при загартуванню лазером не потрібен, і остання може здійснюватися на повітрі навіть на значній відстані від генератора, завдяки малому значенню кута расходимости лазерного променя і ~ 10 - 3 радий (високої спрямованості), що забезпечує високу щільність потужності випромінювання [19]. У зоні обробки щільність потужності лазерного променя може досягати величиною 10 6 Вт/см 2. Схема установки для лазерної обробки показана на малюнку 2.
Найважливішим достоїнством лазерного променя є його висока універсальність. Один і той же лазерний комплекс може служити для виконання різних технологічних операцій - термічної обробки, зварювання, різання, поверхневого легування, наплавлення. Ці гідності пояснюють широке поширення технологічних лазерів в сучасному промисловому виробництві, в тому числі і в машинобудуванні [19-21].
Рисунок 2 - Схема установки для лазерної обробки: 1 - джерело живлення; 2 лампа накачування; 3 резонатор; 4 - промінь лазера; 5 - оптична система; 6 - виріб, що зварюється.
Специфіку лазерної обробки визначають дуже високі швидкості нагріву та охолодження матеріалу. У місці зустрічі лазерного променя з поверхнею за короткий час виділяється стільки теплової енергії, що швидкість нагріву матеріалу може сягати мільйона градусів в секунду. У той же час локальність взаємодії променя з об'єктом означає, що після проходження променя, швидко нагрітий ділянка виявляється в оточенні холодного металу, який інтенсивно забирає тепло, забезпечуючи інтенсивне охолодження [20].
Таким чином, лазерна термічна обробка є ефективним методом поверхневого гарту, що забезпечують формування високоміцної структури. Як основний недолік лазерного термозміцнення слід відзначити високу відбивну здатність багатьох реальних металевих виробів, що вимагають зміцнення, що в підсумку негативно відбивається на коефіцієнті корисної дії лазерів при реалізації поверхневої зміцнюючої обробки.
Основне поширення отримали лазери потужністю до 5 кВт. Лазери більшої потужності є дорогим обладнанням, експлуатація якого економічно доцільна при його завантаженні на 80-90% [4, 5].
. 3 Плазмова гарт
Плазмове поверхневе зміцнення, як один з методів зміцнення джерелами нагріву з високою щільністю потужності, в даний час застосовується в умовах як дрібносерійного і одиничного, так і великосерійного і масового виробництва. Сутність його полягає в термічних фазових і структурних перетвореннях, що відбуваються при швидкому концентрованому нагріванні робочої поверхні деталі плазмовим струменем і наступному відвід тепла в глиб деталі [7].
Для технологічних цілей використовують низькотемпературну плазму, яка представляє собою частково іонізований газ і має температуру порядку 10 3 ... 10 s К. Механізм утворення плазми, властивості і параметри плазмового струменя залежать від роду і властивостей плазмоутворюючого середовища , яка може бути однокомпонентної і багатокомпонентної. В якості однокомпонентної плазмоутворюючого середовища застосовують аргон, гелій, азот і водень. В якості багатокомпонентних використовують суміші: аргон і водень, аргон і гелій, азот і водень, повітря, воду, аміак, азот і кисень [13, 22].
Плазмообразующий газ повинен володіти високим значенням питомої теплоємності і теплопровідності. У цьому відношенні аргон має гіршими електричними і теплофізичними характеристиками в порівнянні з іншими плазмообразующий газами, однак добре захищає вольфрамовий електрод, легко іонізується під дією дугового розряду і не має шкідливого впливу на поверхневий шар оброблюваного металу. Однак аргон та інші інертні гази дорого коштують. Крім того, вони не можуть диссоциировать в стовпі дугового розряду. Активними теплоносіями є дво і трьохатомні гази, тому їх застосовують як добавки до аргону. Найкращими теплофізичними характеристиками має водень. У суміші його зміст зазвичай не перевищує 15-20%. Подальше збільшення вмісту водню в суміші призводить до різкого зростання напруги на дузі. [13].
Плазмова обробка матеріалів володіє рядом достоїнств, обумовлюють її широке використання для реалізації всіх відомих методів термічного впливу на матеріал: можливістю досягнення високої концентрації теплової енергії; придатністю для плавлення або випаровування практично будь-яких відомих у природі матеріалів; підвищеною стабільністю плазмової дуги в порівнянні з електричною; високою швидкістю газу в плазмовому струмені [22, 23].
Плазмові джерела забезпечують щільність потужності 10 4 ~ 10 5 Вт/см 2, тобто менше, ніж електронний і лазерний промінь, але їх одинична потужність може досягати ...
