(0 Голосов)

В данной технологии желаемые свойства материала достигаются только за счёт динамомеханического эффекта скачка уплотнения. Термический эффект не используется. В принципе, лазерную нагартовку можно осуществить при наличии всего двух компонентов: прозрачного верхнего слоя (воды) и высокоэнергетической импульсной лазерной системы. При этом предназначение прозрачного верхнего слоя состоит в пространственном ограничении плазмы, образующейся на обрабатываемой поверхности под действием лазерного луча.

Однако зачастую бывает выгодно дополнительно использовать непрозрачный для лазерного луча тонкий поверхностный слой между прозрачным верхним слоем, состоящим из воды, и обрабатываемой поверхностью. Этот непрозрачный поверхностный слой способен обеспечить по меньшей мере одно из трёх следующих преимуществ:

– защитить обрабатываемую поверхность от потенциально разрушительного термического эффекта от воздействия лазерного луча;

– создать приемлемую поверхность для взаимодействия лазерного луча с материалом заготовки и

– увеличить амплитуду колебаний скачка уплотнения, пронизывающего эту поверхность, если полное электрическое сопротивление этого непрозрачного слоя меньше, чем полное электрическое сопротивление обрабатываемой поверхности.

Однако встречаются ситуации, когда непрозрачный поверхностный слой не используется, например, в технологии LPwC (англ.: Laser Peening without Coating; «лазерная нагартовка без покрытия») компании Toshiba.

Технологический процесс лазерной нагартовки был изначально основан на использовании высокоэнергетических лазеров на неодимовом стекле, генерирующих импульсы длительностью 8-25 нс с энергией до 50 Дж (чаще от 5 до 40 Дж).

Диаметр лазерного пятна на цели, как правило, варьируется в диапазоне от 2 до 7 мм. Применяемая плотность лазерных пятен, как правило, составляет 10-40 пятен/кв. см.

Лазерный луч проходит сквозь прозрачный верхний слой без существенного поглощения энергии лазерного излучения или диэлектрического пробоя. Без прозрачного верхнего слоя струя плазмы, не ограниченная в пространстве, двигалась бы прочь от поверхности заготовки, что привело бы к значительному снижению пикового давления плазмы.

Если амплитуда скачка уплотнения превышает динамический предел упругости Гюгонио обрабатываемой поверхности, то во время прохождения скачка материал заготовки подвергается пластической деформации. Амплитуда пластической деформации тем меньше, чем больше расстояние от поверхности заготовки, так как при падении ниже величины динамического предела упругости Гюгонио пиковое давление скачка уплотнения постепенно затухает до нуля.

После прохождения скачка уплотнения остаточная пластическая деформация создаёт под обрабатываемой поверхностью градиент остаточного напряжения сжатия, наибольший на поверхности или непосредственно под ней и уменьшающийся по мере увеличения глубины.

Изменяя плотность мощности лазерного излучения, длительность импульса и число последовательных ударов лазерного луча по участку поверхности, можно необходимым образом изменять величину напряжения сжатия и глубину поверхностного слоя, сжатого остаточным напряжением.