Obrabotka Metallov 2018 Vol. 20 No. 4

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 20 No. 4 2018 25 TECHNOLOGY 5) охладитель обрабатываемого образца; 6) систему контроля параметров излучения, в том числе системы регистрации формы и часто- ты следования лазерных импульсов (рис. 4, а ), распределения мощности в ближней и дальней зоне; 7) систему контроля стабильности процес- са обработки, в том числе системы регистрации светимости и акустического сигнала плазмы. В стабильно горящей лазерной плазме каж- дый лазерный импульс создает оптический пробой, а значит, генерирует ударные волны, переходящие в звук, который регистрируется акустооптическим преобразователем. В слу- чае если происходят пропуски ударных волн в периодическом сигнале (когда лазерный им- пульс не создал оптический пробой), тогда разряд, и, следовательно, процесс обработки считается нестабильным. В качестве акусто- электрического преобразователя использовал- ся ультразвуковой микрофон МК-301. Дан- ные с микрофона усиливаются, поступают на АЦП и передаются в компьютер. Анализи- рующее программное обеспечение соверша- ет быстрое преобразование Фурье (с исполь- зованием библиотеки fftw), накопленного в течение определенного времени (например, 0,5 с) сигнала, и анализирует его АЧХ. В слу- чае сбоев в возникновении лазерной плазмы акустический сигнал искажается, и амплиту- да в гармониках падает. При этом програм- мное обеспечение выдает предупреждающее сообщение. Характерный вид акустического сигнала в случае стабильной и нестабильной лазерной плазмы представлен на рис. 4, б . Для проведения экспериментов были вы- браны коммерчески доступные порошки марок ПР-Х4ГСР (Fe 71.75 Cr 3.33 Si 3.54 B 14.10 C 4.81 Mn 1.74 V 0.73 ) и ПР-Х11Г4СР (Fe 66.8 Cr 10.79 Si 5.3 B 11.42 C 2.85 Mn 2.84 ) фракции 0…40 мкм, химический состав кото- рых хорошо соответствует аморфизируемым сплавам. Порошки произведены АО «Полема» (г. Тула, Россия) методом распыления расплава газом, имеют преимущественно сферическую форму частиц (рис. 5) со структурой литого со- стояния материала [26]. В качестве подложек использовались стальные пластинки размером 20×20×5 мм, изготовленные из стали Ст 3. Микропорошковое нанесение покрытий про- водилось по схеме с боковым вводом порошка в лазерную плазму и сканированием фокуса ла- зерного излучения перпендикулярно направле- нию линейного перемещения сопловой головки. Таким образом, за один проход на образце фор- мировалась наплавленная «дорожка» шириной ≈ 4 мм. Принципиальная схема эксперименталь- ной установки и фотография процесса лазер- но-плазменного нанесения микропорошковых покрытий показаны на рис. 6. Нанесение прово- дили при следующих параметрах технологиче- Рис. 4. Сигналы контроля стабильности технологического процесса ( а ): 1 – форма лазерного импульса; 2 – излучение плазмы; 3 – отраженная от мишени часть лазерного импульса; б – акусти- ческий сигнал лазерной плазмы: 1 – стабильный; 2 – нестабильный Fig. 4. Process stability control signals ( a ): 1 – laser pulse shape; 2 – plasma radiation; 3 – part of laser pulse reflected from the target; b – laser plasma acoustic signal: 1 – stable; 2 – unstable а б