3) лазерные технологии обработки материалов

(1) Выполнен цикл теоретических и экспериментальных исследований процессов каналированного проникновения (с аспектным отношением порядка 10-30) интенсивного лазерного излучения (10⁴-10⁷ Вт/см², 0,1-5кВт) в непрозрачные для этого излучения конденсированные среды (металлы; диэлектрические жидкости). Исследования проводились в интересах оптимизации процессов: лазерной сварки и резки материалов больших толщин, а также лазерного иссечения биотканей при медицинских процедурах.
Создана теория, учитывающая широкий класс гидродинамических неустойчивостей (капиллярно-испарительной, термокапиллярной, Кельвина-Гельмгольца), качественно согласующаяся с экспериментальными данными разных авторов. Учитывались гидродинамические автоколебания формы жидких стенок канала, вызываемых макронеустойчивостями поверхности стенок, а также релаксационными пульсациями давления паров в канале, возникающими при взрывном испарении микрокапель расплава. Показано, что стабильность процесса сварки металлов больших толщин должна быть наилучшей в некотором оптимальном диапазоне скоростей, зависящем от теплофизических свойств материала и оптического качества пучка лазерного излучения. При малых скоростях процесс нестабилен из-за макромасштабной неустойчивости теплового поля. При больших скоростях процесс нестабилен из-за капиллярно-испарительной неустойчивости.
Были также проведены экспериментальные исследования и создан вариант теоретической модели лазерного канала в жидкой среде. Выявлена роль нестационарных автоколебаний параметров канала в условиях турбулентной конвекции, вызванной давлением отдачи паров, а также архимедовой и термокапиллярной силами.
Изучены гидродинамические и теплофизические механизмы лазерной резки при каналированном проникновении луча в материал. Экспериментально и теоретически выявлены механизмы потерь энергии на нагрев разрезаемого образца, которые оказались зависящими от параметров процесса удаления расплава и, как следствие, приводящими к наличию оптимальных режимов резки (по энергетике и качеству обработки). Показано, что существуют режимы лазерной резки, связанные с гидродинамическими неустойчивостями поверхности расплава и соответствующей генерацией капельной фазы.

(2) На основе результатов фундаментальных исследований взаимодействия мощных лазерных пучков с веществом при глубоком проникновении разработаны и получили практическое применение технологические процессы и оборудование лазерной сварки и резки материалов большой толщины. Разработаны основы высокоскоростной (до 20м/мин) лазерной сварки нержавеющих труб из аустенитного класса сталей, обеспечивающие свойства соединения по коррозионной стойкости на уровне основного металла. Разработана автоматически следящая система (оптическое зрение) за свариваемым стыком.
Создан стенд по лазерной сварке газонефтепроводных труб с комбинацией двух лазеров мощностью 5,0кВт и 3кВт. Установлено, что свойства лазерных сварных соединений по своим характеристикам не уступают основному металлу.

(3) Разработаны технологии прецизионной лазерной резки перспективных материалов в машиностроительных, ядерно-энергетической и авиакосмической отраслях (при участии Института металлургии и материаловедения РАН).

(4) Совместно с Институтом системного анализа РАН созданы экспертные и интеллектуальные обучающие системы для пользователей лазерных технологических комплексов.