Исследование технологической среды оптического спектра при лазерных технологических процессах обработки материалов излучением волоконного лазера тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Крючина Ольга Алексеевна

• Крючина Ольга Алексеевна
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Крючина Ольга Алексеевна

Введение

Глава 1. Особенности технологической среды функционирования лазерных комплексов

1. 1 Исследуемые технологические процессы и материалы

1.1.1 Исследуемые материалы

1.1.2 Исследуемые технологические процессы

1.2 Волоконные лазеры и технологическое оборудование на их основе

1.3 Основные критерии технологической среды оптического спектра функционирования лазерного оборудования

1.4 Существующие методики исследования особенностей взаимодействия лазерного излучения с материалами

Глава 2. Физические особенности взаимодействия лазерного излучения с

металлическими материалами в процессе их обработки

2.1 Особенности воздействия лазерного излучения на материалы

2.2 Теоретическая модель распределения интенсивности отражённого лазерного излучения

2.3 Особенности формирования паро-плазменного факела при технологических процессах лазерной обработки металлов

2.4 Моделирование спектров эмиссии плазмы в лазерных технологических процессах

Выводы по главе

Глава 3. Разработка методик и оборудования для исследования технологической среды оптического спектра при лазерных технологических процессах

3. 1 Оборудование и методика измерений спектрального состава... 64 3.2 Разработка стенда и методики определения энергетических параметров технологической среды

Выводы по главе

Глава 4. Экспериментальное исследование энергетических характеристик

излучений при лазерных технологических процессах

4.1 Спектральный анализ технологической среды оптического спектра

4.2 Экспериментальное исследование для верификации теоретической модели распределения интенсивностей отражённого лазерного излучения

4.3 Комплексные измерения энергетических характеристик отражённого и рассеянного лазерного излучения, и сопутствующих факторов в УФ- и ИК- диапазонах длин волн

4.3.1 Измерения при лазерной маркировке

4.3.2 Измерения при лазерной очистке

4.3.3 Измерения при ручной лазерной сварке

4.3.4 Измерения при роботизированной лазерной сварке

4.3.5 Измерения при гибридной лазерно-дуговой сварке

4.4 Обобщённые результаты измерений

4.5 Оценка эффективности средств коллективной защиты от излучений, возникающих при технологических процессах лазерной обработки

Выводы по главе

Глава 5. Практическое применение результатов исследования технологической среды оптического спектра

5.1 Внесение изменений и новых положений в нормативную документацию по лазерной тематике

5.2 Рекомендации для модернизации средств индивидуальной защиты

5.3 Уточнение технических требований к проектированию конструктивных элементов защитных устройств установок

5.4 Разработка новой методики измерений облучённости от лазерного излучения

Выводы по главе

Основные результаты и выводы

Список литературы

Приложение

Список сокращений и условных обозначений

БУИ - блок управления и индикации;

БФП - блок фотоприёмников;

ИК- - инфракрасный;

КПД - коэффициент полезного действия;

ЛИ - лазерное излучение;

ЛТК - лазерные технологические комплексы;

ЛТО - лазерное технологическое оборудование;

ЛТП - лазерный технологический процесс;

НД - нормативная документация;

ПДИ - предельно допустимая интенсивность;

ПДУ - предельно допустимый уровень;

ПК - персональный компьютер;

ПО - программное обеспечение;

РЛТС - ручные лазерные технологические системы;

СанПиН - санитарные нормы и правила;

СИ - сопутствующее излучение;

СИЗ - средства индивидуальной защиты;

СКЗ - средства коллективной защиты;

ССБТ - система стандартов безопасности труда;

СТО - стандарт организации;

ТСОС - технологическая среда оптического спектра;

УФ- - ультрафиолетовый;

ФПУ - фотоприёмное устройство.

Введение

Лазерные технологии обработки материалов обеспечивают целый ряд преимуществ, которые существенно влияют на потребительские качества продукции. Они способствуют улучшению качества изделий, позволяют повысить производительность, снизить себестоимость, обеспечить экологическую чистоту производства. Кроме того, в ряде областей они позволяют достичь самых высоких технических и экономических показателей на сегодняшний день. При этом современные лазерные технологические комплексы (ЛТК) энергоэффективны и позволяют легко перестраивать технологический процесс, а гибкость и возможность унификации лазерного оборудования практически не имеют аналогов.

В сравнении с основным аналогом лазерных технологий - электроннолучевой обработкой концентрация энергии лазерного излучения (ЛИ) находится на уровне и даже превосходит возможности электронного луча. Однако при равных затратах энергии, т.е. при одинаковой мощности излучения, электронно-лучевая обработка обеспечивает большую глубину проплавления, чем лазерная. Это объясняется различным характером взаимодействия с металлической поверхностью потоков электронов при электронно-лучевой обработке и потоков фотонов при лазерной обработке. Кроме того, существуют принципиальные различия в технологических процессах. Например, лазерная обработка может осуществляться в любой газозащитной среде, в т.ч. при атмосферном давлении, а электронно-лучевая обработка требует высокого вакуума до 10-5 Па (10-7 мм.рт.ст.), что создает определенные технологические затруднения. В том числе, возможность выбор газозащитной среды, в зависимости от технологии, является одним из преимуществ лазерной обработки перед процессами, характеризующимися высокой концентрацией энергии (электронно-лучевыми, плазменными и др.). Состав газовой среды подбирается для соответствующей технологии и об-

рабатываемого материала такой, чтобы обеспечить надёжную защиту поверхности металла, нагреваемого в процессе лазерной обработки до высоких температур.

Наиболее эффективными и экономичными являются технологические процессы обработки, выполняемые волоконными лазерами. На показатели технологического процесса оказывают влияние параметры и явления, связанные с характеристиками ЛИ, свойствами обрабатываемых материалов, спецификой сопутствующих факторов, возникающих при взаимодействии ЛИ с материалом, конструктивными особенностями оборудования. [1]

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование технологической среды оптического спектра при лазерных технологических процессах обработки материалов излучением волоконного лазера»

Актуальность

Лазерные технологии обработки материалов являются наукоёмкими, высокотехнологичными и относительно опасными процессами. Технологическая среда, в которых они выполняются, весьма разнообразна и многофакторна. Понятие технологической среды оптического спектра (ТСОС), сформулированное в настоящей работе, объединяет совокупность факторов электромагнитного излучения в зоне обработки, сопутствующих лазерным технологическим процессам (ЛТП), влияющих как на их течение, так и на персонал, участвующий в их реализации.

В нормативной документации (НД) по лазерной безопасности учитывается только воздействие ЛИ различных длин волн от 180 до 106 нм. Однако, в случае применения ЛИ для технологических процессов при взаимодействии ЛИ с материалами, помимо отраженного и прямого ЛИ, возникают сопутствующие излучения (СИ) от образующегося паро-плазменного факела, происходит свечение нагретого материала и разлетающихся искр от металлических частиц. В зависимости от конкретной технологии и обрабатываемого материала, ТСОС имеет различные как по спектральному, так и по энергетическому составу характеристики. [1-4]

Проведение измерений энергетических характеристик лазерного и сопутствующего излучений, обоснование и оценка критериев взаимодействия ЛИ с обрабатываемыми материалами позволит исследовать технологическую среду

функционирования лазерных комплексов для различных технологических процессов, разработать технические требования к оформлению конструктивных элементов защитных устройств оборудования, внести поправки в действующую нормативную документацию по лазерной тематике с учётом новейших разработок в области лазерных технологий. В настоящее время подобные критерии не сформулированы ни в технической, ни в НД на лазерное технологическое оборудование (ЛТО). Отсутствие подобных критериев сдерживает широкое внедрение ЛТК в различные отрасли промышленности и сектора экономики. В связи с этим, тема диссертационной работы является весьма актуальной.

Научная новизна

1. Разработана и апробирована в промышленных условиях экспериментально-теоретическая методика оценки ТСОС в процессе лазерной обработки металлов и сплавов, позволяющая оперативно определять спектральный состав возникающего СИ.

2. Впервые установлено, что, помимо отражённого ЛИ, технологические процессы обработки сопровождаются СИ со спектральным составом, зависящим от химического состава обрабатываемого материала и режимов работы лазерного оборудования. Процентное соотношение спектральных диапазонов полученных экспериментальных данных составляет: УФ-излучение (300-380 нм) ~ 916%, излучение видимого спектра (380-740 нм) ~ 47-54% и ИК-излучение ближнего диапазона (740-900 нм) ~ 31-41%.

3. Экспериментально установлены уровни энергетической освещённости от УФ-излучения, превышающие предельно допустимую интенсивность (ПДИ) от 1,2 до 4000 раз, уровни облучённости от лазерного излучения, превышающие предельно допустимые уровни (ПДУ) для глаз от 1,2 до 15,7 раз в зависимости от процесса при обработке сталей, алюминиевых и титановых сплавов.

Практическая значимость

1. Создан стенд для оперативной комплексной фиксации энергетических характеристик УФ-, видимого, и ИК- излучений, составляющих ТСОС при различных лазерных процессах обработки металлов и сплавов.

2. Доказано, что при технологических процессах лазерной обработки металлов и сплавов, помимо защиты от отражённого ЛИ, предусмотренного действующей НД, необходимо использовать средства защиты от других видов СИ.

3. Предложены комплексные средства защиты операторов от излучений, вызываемых воздействием мощного ЛИ на металлические материалы при различных ЛТП.

4. Впервые в отечественной практике внесены положения в нормативную документацию по категорированию лазерного оборудования, классификации средств коллективной защиты, требования безопасности для ручных лазерных систем и др. Разработан ГОСТ Р 71028-2023 «Оптика и фотоника. Оборудование на базе волоконных лазеров. Требования безопасности».

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

1. ТСОС каждого конкретного ЛТП обработки определённого материала имеет свой уникальный спектральный состав.

2. В ЛТП обработки алюминиевого сплава АМг6, титанового сплава ВТ6, нержавеющей стали 12Х18Н10Т и стали 09Г2С в состав ТСОС входит УФ-излу-чение, имеющее в ряде случаев интенсивность, превышающую ПДИ на рабочих местах в соответствии с санитарными нормами и правилами (СанПиН).

3. Уровни облучённости отражённого ЛИ в ЛТП не обладают прямопро-порциональной зависимостью от выходной мощности ЛИ.

Достоверность полученных результатов

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается корректным использованием общих положений фундаментальных наук, проверена по известным критериям изучаемых процессов, достаточным количеством экспериментальных данных, использованием современного поверенного и откалиб-рованного измерительного оборудования, сопоставлением полученных результатов с результатами других авторов.

Апробация работы

Всероссийская научно-техническая конференция с элементами научной школы. Студенческая научная весна: Машиностроительные технологии (Москва, 6-10 апреля 2020 года).

XIII Всероссийская конференция молодых учёных и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва. 20-25 сентября 2020 года).

XXXI Международная конференция «Лазеры в науке, технике, медицине» (Москва, 28-30 октября 2020 года).

Научно-практическая конференция рабочей группы №3 технологической платформы «Фотоника» «Лазерные производственные технологии» в рамках выставки «Фотоника-2021» (Москва, 30 марта - 2 апреля 2021 года).

X научно-техническая конференция «Лучевые технологии и применение лазеров 2021 - Beam technologies and laser application 2021» (Санкт-Петербург, 20-22 сентября 2021 года).

XIV Всероссийская конференция молодых учёных и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 21-24 сентября 2022 года).

Заседание технического комитета по стандартизации ТК-296 «Оптика и фотоника» в рамках Российской недели стандартизации - 2021 (Санкт-Петербург, 13-15 октября 2021 года).

XXXIII Международная конференция «Лазеры в науке, технике, медицине» (Москва, 15-17 ноября 2022 года).

Научно-практическая конференция рабочей группы №3 технологической платформы «Фотоника». «Лазерные производственные технологии» в рамках выставки «Фотоника-2021» (Москва, 29 марта - 1 апреля 2022 года).

Заседание технического комитета по стандартизации ТК-296 «Оптика и фотоника» в рамках «20-й Международной конференции по оптике лазеров ISL0-2022» (Санкт-Петербург, 20-24 июня 2022 года).

Конференция «Инновационные лазерные технологии для Российской промышленности» в рамках выставки «Металлообработка. Сварка - Урал. 2023». (Екатеринбург, 14-17 марта 2023 года).

Научно-практическая конференция рабочей группы №3 технологической платформы «Фотоника» «Лазерная макрообработка промышленных материалов и аддитивные технологии» в рамках выставки «Фотоника-2023» (Москва, 2831 марта 2023 года).

Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы повышения эффективности сварочного производства - 2023» в рамках конгрессной программы выставки «Сварка/Welding - 2023». (Санкт-Петербург, 18-20 апреля 2023 года).

XV Международная научно-техническая конференция «Наукоёмкие технологии в машиностроении» (Москва, 1-3 ноября 2023 года).

Научно-практическая конференция XII Конгресса ТП «Фотоника» «Лазерная макрообработка промышленных материалов» в рамках выставки «Фотоника-2024» (Москва, 26-29 марта 2024 года).

Конференция «Внедрение лазерных технологий на отечественных предприятиях» в рамках деловой программы выставки Металлообработка-2024. (Москва, 20-24 мая 2024 года).

XI международная конференция «Лучевые технологии и применение лазеров 2024 - Beam technologies and laser application 2024» (Санкт-Петербург, 2225 сентября 2024 года).

Конференция-презентация «Российское лазерное технологическое оборудование и опыт его внедрения на промышленных предприятиях: технико-экономические аспекты» в рамках деловой программы выставки Технофорум-2024. (Москва, 21-24 октября 2024 года).

Чтение курса лекций в рамках Программы повышения квалификации «Лазерная безопасность» на базе Негосударственного образовательного частного учреждения дополнительного профессионального образования «Учебно-методический центр «Контроль и безопасность».

Публикации

По материалам диссертации имеется 18 научных публикаций, в том числе 7 статей в журналах из перечня ВАК РФ и входящих в базы данных Scopus, 6 тезисов докладов в сборниках трудов международных конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы, 1 приложения. Диссертация изложена на 164 страницах, содержит 27 таблиц, 67 рисунков. Список использованной литературы содержит 149 источников.

Глава 1. Особенности технологической среды функционирования лазерных комплексов

1.1 Исследуемые технологические процессы и материалы

1.1.1 Исследуемые материалы

В настоящее время насчитывается несколько сотен примеров применения лазеров на практике в различных областях промышленного производства. Ни одно из стратегически важных технологических направлений в мире не обходится без использования лазеров. Лазерные технологии активно применяются в машиностроении, автомобилестроении, атомной, космической, авиационной и судостроительной промышленности, медицине и практически во всех направлениях оборонного производства. Одновременно они широко используются малыми фирмами и заводами, выполняющими услуги по лазерной обработке изделий и производящими мелкосерийную продукцию под заказ, в том числе в рекламном и строительном бизнесе, производстве изделий широкого потребления. [1-2]

Как говорилось ранее, самыми популярными, эффективными и перспективными источниками излучения в ЛТП являются волоконные лазеры. Рабочая длина волны излучения волоконных лазеров, широко используемых в составе ЛТК, составляет 1070 нм. Наиболее интенсивное воздействие излучения данной длины волны оказывается на металлические материалы (по сравнению с неметаллами), поэтому в настоящей работе в качестве основных материалов для проведения исследований рассматриваются именно металлы и сплавы.

Наиболее распространёнными для применений, в том числе в качестве конструкционных материалов, являются различные марки сталей, алюминиевых и титановых сплавов. В соответствии с анализом наиболее востребованных

направлений применения ЛТП для проведения исследований были выбраны ти-попредставители следующих материалов: сталь 09Г2С, нержавеющая сталь 12Х18Н10Т, алюминиевый сплав АМг6 (АМг61), титановый сплав ВТ6. Толщина образцов составляла от 3 до 16 мм. [5-6].

Для сварки больших толщин мостовых, судовых и крановых конструкций, химической аппаратуры, сосудов под давлением и др., при обеспечении заданного зазора между свариваемыми кромками, преимущественно в нижнем положении, а также для горизонтальной сварки неповоротных стыков обсадных труб на буровых колоннах в условиях нефтедобычи применяется конструкционная легированная сталь повышенной прочности 09Г2С. В случаях, когда обеспечить заданный зазор затруднительно, применяется гибридная лазерно-дуговая сварка. Перед сваркой, а также перед покраской и нанесением защитных консервирующих и антикоррозионных покрытий сварных металлоконструкций ответственного назначения из сталей типа 09Г2С можно очищать металлопрокат от следов окалины для зачистки околошовной зоны до металлического блеска при помощи лазера. Высокие показатели прочности, простота обработки и низкая себестоимость делают данный сплав оптимальным выбором для большинства сфер бытовой и промышленной деятельности. [7]

Одной из самых производимых и используемых в различных отраслях промышленности является конструкционная высоколегированная коррозионно-стойкая сталь типа 12Х18Н10Т. Хорошая сопротивляемость атмосферной и межкристаллитной коррозии в совокупности с жаростойкостью, стабильностью, прочностью, легкостью обработки, возможностью использования в широком диапазоне температур сделали эту марку стали возможной для применения в конструкциях химического и атомного энергетического машиностроения, сосудов и резервуаров, работающих в агрессивных средах, корпусов и трубной обвязки химических реакторных колонн, и других деталей, к которым предъявляются повышенные требования. [8]

Изделия из высокопрочного титанового сплава типа ВТ6 эксплуатируются в направлениях авиастроения, аэрокосмического оборудования, морского приборостроения (торпеды) и морской техники, атомной энергетики преимущественно для сварки больших толщин конструкций, приборов и аппаратуры, в том числе для нефтехимической промышленности, адсорберов, теплообменников и др. [9] Из высокопрочного алюминиево-магниевого сплава типа АМг6 (АМг61), не упрочняемого термической обработкой, изготавливаются сосуды и аппараты, работающие под воздействием статических, циклических и комбинированных нагрузок и сложного напряжённого состояния, а также изделия авиастроения, аэрокосмического оборудования, для которых также возможно применение лазерной и гибридной лазерно-дуговой сварки. Также из АМг6 делают обшивку (наружную, внутреннюю) для автотранспортных средств (троллейбусов, автобусов), резервуары, цистерны для хранения и перевозки химически активных материалов, нефтепродуктов. С целью удаления остатков технологической смазки и окисной плёнки (А1203) проката из высокопрочного алюминиевого сплава АМг6 проводится лазерная очистка поверхности. [10], [11]

Каждый металлический материал имеет свой уникальный химический состав, который обуславливает особенности взаимодействия с ним ЛИ. Химический состав, физические и механические свойства указанных материалов представлены в Таблицах 1 и 2. [12]

Таблица 1.

Химический состав исследуемых материалов

09Г2С 12Х18Н10Т ВТ6 АМг6

Эл-т % Эл-т % Эл-т % Эл-т %

Fe ~97 Fe ~70 Fe до 0,3 Fe до 0,4

С до 0,12 С до 0,12 С до 0,1 А1 91,1 -93,68

Si 0,5 - 0,8 Si до 0,8 Si до 0,15 Si до 0,4

Р до 0,035 Р до 0,035 А1 5,3 - 6,8 Си до 0,1

Продолжение Таблицы 1

09Г2С 12Х18Н10Т ВТ6 АМг6

Эл-т % Эл-т % Эл-т % Эл-т %

Мп 1,3 - 1,7 Мп до 2 П 86,485 -91,2 Мп 0,5 - 0,8

№ до 0,3 № 9 - 11 V 3,5 - 5,3 Mg 5,8 - 6,8

S до 0,04 S до 0,02 N до 0,05 П 0,02 - 0,1

Сг до 0,3 Сг 17 - 19 до 0,3 Ве 0,0002 -0,005

N до 0,008 5*С-0,8 О до 0,2 до 0,2

Си до 0,3 Н до 0,015

Таблица 2.

Физические и механические свойства исследуемых материалов

Параметр 09Г2С 12Х18Н10Т ВТ6 АМг6

Температура плавления, °С 1539 1668 658660

Твёрдость материала, НВ 10-1, МПа 197-229 179 255-341 65

Временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении) ов, МПа 430-490 490 885 305315

Предел текучести от, МПа 265-345 196 145155

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м°С) (при 20°С/ при 100°С) 8,37/9,21 -/122

Исходя из вышесказанного, по занимаемой доле рынка одними из наиболее востребованных технологий являются лазерная сварка, очистка, маркировка, набирает популярность гибридная лазерно-дуговая сварка. Далее будут рассмотрены принципиальные особенности указанных процессов.

1.1.2 Исследуемые технологические процессы

Лазерная сварка - процесс получения неразъемного соединения частей изделия путем местного сплавления металлов этих частей по их примыкающим поверхностям, в результате чего возникает соединение, основанное на межатомном взаимодействии. Источником нагрева служит концентрированный поток ЛИ (Рисунок 1.1). Целью процесса лазерной сварки является образование особого слоя материалов с работоспособностью, равной соединяемым материалам. [13]

Рисунок 1.1. Схема технологического процесса лазерной сварки

Особенностью лазерной сварки является широкий диапазон варьирования режимов, обеспечивающих не только возможность сварки различных материалов толщиной от нескольких микрометров до десятков миллиметров, но и осуществление принципиально различных механизмов проплавления. [14]

На производстве широко используется технология лазерной сварки в режиме глубокого (кинжального) проплавления (значительная глубина при малой ширине шва). Кинжальное проплавление происходит за счёт развития активной

теплопроводности, которая возможна из-за высокой плотности мощности ЛИ, превышающей критическую. Образующийся канал заполняется паром. Давления пара оказывается достаточно для противодействия силам гидростатического давления и поверхностного натяжения, при этом полость канала жидким металлом не заполняется. [15], [16] Помимо пара, в канале присутствует взвесь металлических частиц, которые под действием прямого, отражённого и рассеянного ЛИ создают свечение различных диапазонов длин волн. В совокупности эти сопутствующие факторы именуются паро-плазменным факелом (Рисунок 1.2).

Рисунок 1.2. Паро-плазменный факел

Паро-плазменный факел оказывает особое влияние на протекание ЛТП, а также является неотъемлемой составляющей ТСОС. Практический опыт показал, что линии спектра, содержащиеся в свечении паро-плазменного факела, захватывают диапазоны длин волн от УФ- до ИК-, включая видимое излучение. Эти факторы в производственных условиях можно отнести к вредным по ГОСТ 12.0.003-2015 «ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация» [17]. Также в процессе сварки присутствует повышенная освещённость и яркость света.

Лазерная очистка - это технологический процесс, при котором посредством ЛИ удаляется загрязнённый слой материала (краска, окалина, ржавчина и др.) при отсутствии либо при минимальном влиянии на поверхность основного

материала. Практически все технологии лазерной очистки основываются на импульсном лазерном излучении, при этом значения выходной мощности, длины волны излучения и параметров самого импульса могут значительно отличаться.

Сверхкороткие импульсы (порядка нано- - микросекунд) с мощностью в несколько МВт направляются на очищаемую поверхность. Очистка поверхности происходит за счет локального испарения поверхностного слоя основы. В момент испарения под давлением разогретых до высоких температур паров слой неметаллического загрязнения разрушается и удаляется с поверхности металла, при этом на подложку не оказывается механического, химического или теплового воздействия (Рисунок 1.3). [18], [19]

Направление

обработки ->

Рисунок 1.3. Схема процесса лазерной очистки

В общем случае технология лазерной очистки также применяется для обработки околошовной зоны перед сваркой, в т.ч. для очистки поверхности перед последующей лазерной обработкой (наплавкой и др.), для очистки поверхности перед покраской или нанесением консервирующих покрытий и др.

ТСОС в процессе лазерной очистки может состоять из различных диапазонов и уровней спектра в зависимости от основного материала и типа загрязнения (окалина, краска, смазка и др.).

Лазерная маркировка - это процесс нанесения определенной информации на детали и изделия излучением лазера с целью их дальнейшего распознавания, за счет процессов испарения, плавления или поглощения в материале (Рисунок 1.4), каждый из которых дает особый эффект для различных областей применения.

а) б)

Рисунок. 1.4. Схемы лазерных технологических процессов: лазерная маркировка (а), лазерная гравировка (б)

Испарение позволяет наносить маркировку с углублением в материал изделия, этот процесс носит название лазерной гравировки (Рисунок 1.4, б). Плавление вызывает термо-химическую реакцию и чаще всего используется при маркировке пластиков. При поглощении на поверхности материала возможно получение эффектов, таких как, например, формирование цветов побежалости на поверхности титана и нержавеющей стали, позволяющих наносить контрастную, а также цветную маркировку без видимого повреждения поверхности. [1], [20]

Состав ТСОС при процессах лазерной маркировки и гравировки в большей степени зависит от длины волны ЛИ и спектра эмиссии испаряемых частиц металла, поскольку интенсивного паро-плазменного факела не наблюдается.

Также в промышленное применение внедряются гибридные и комбинированные методы обработки, которые позволяют нивелировать недостатки каждой отдельной технологии и в то же время добиваться принципиально нового эффекта по технологическим возможностям этого метода. Ярким примером подобных технологий является лазерно-дуговая сварка. [21]

На Рисунке 1.5 показана схема гибридной сварки при воздействии дуги и лазерного луча с одной стороны по отношению к направлению сварки и нормали к поверхности металла. При таком взаимном расположении дуги и ЛИ основанием дуги служит образованная лазерным лучом приповерхностная плазма, что позволяет повысить скорость сварки, т.к. дуга, подплавляя поверхностный слой

металла, способствует повышению коэффициента поглощения ЛИ. За счет повышения коэффициента полезного действия (КПД) проплавления при воздействии двух источников энергии (лазерного луча и дуги) вместе лазером меньшей мощности можно осуществлять сварку больших толщин. Важным фактором является снижение требований к ширине зазора между кромками при сборке конструкций под сварку, которые при лазерной сварке очень высоки, а применение дуги помогает их снизить. Таким образом, сохраняя глубину проплавления и форму проплавления близкую к форме при лазерной сварке, можно увеличить ширину шва и тем самым увеличить величину зазора между кромками перед сваркой [22-24]. Все описанные особенности являются очевидными преимуществами, создающими предпосылки для ещё более активного внедрения гибридных лазерно-дуговых технологий в промышленность.

Рисунок 1.5. Схема реализации процесса гибридной лазерно-дуговой сварки

Состояние ТСОС при гибридных методах аналогично состоянию при обычной лазерной сварке с разницей в кратно повышенных уровнях УФ-излуче-ния (УФ-А, УФ-В, УФ-С).

Для осуществления всех вышеуказанных ЛТП обработки наиболее востребованных в промышленности материалов применяются как стандартные ЛТК, так и ручные лазерные технологические системы (РЛТС), так и уникальное ЛТО. В следующем разделе будет проведён короткий обзор ЛТО на базе волоконных лазеров, с указанием существующих технических средств защиты от излучений.

1.2 Волоконные лазеры и технологическое оборудование на их основе

Волоконные лазеры являются одним из наиболее ярких достижений современной квантовой электроники. Волоконные лазеры - сегодня самый распространенный в мире класс технологических лазеров, которыми оснащаются ЛТК, используемые в машиностроении (автомобильной, судостроительной, авиационной, станкостроительной промышленности), в приборостроении, нефтегазовой и др. видах промышленности. Существует ряд преимуществ волоконных лазеров по сравнению с традиционными квантовыми излучателями. Современные волоконные лазеры - компактны, имеют широкий спектр параметров, работают в условиях реального производства, не требуют постоянного обслуживания и, что самое главное, высоконадежны. Объем выпуска волоконных лазеров и систем на их основе стремительно растет, вытесняя из промышленности лазеры других типов. [15], [25-29]

Оборудование для осуществления технологий лазерной сварки, маркировки, очистки весьма разнообразно: от портативных и настольных установок до автоматизированных технологических комплексов. Конструктивные особенности волоконных лазеров также позволяют создавать роботизированные установки на их основе. [26]

Для развитых высокотехнологичных производств характерно наличие специализированных станков высокого уровня автоматизации, что также обуславливает полное исключение человека из рабочей зоны и управление оборудованием при помощи программируемого пульта или персонального компьютера (ПК). Подавляющее большинство лазерного оборудования строится на основе портальной или роботизированной компоновки, хотя встречаются в консольной и комбинированной компоновках. Разработанные для технологических применений лазерные установки чаще всего состоят из ряда аналогичных блоков. Для того чтобы ЛИ попало на обрабатываемую поверхность, ему необходимо пройти путь от выходного окна лазера через оптическую систему технологической головы, которая, благодаря набору фокусирующих и коллимирующих оптических

элементов, позволяет получить пятно с определённым диаметром, расходимостью и энергетическими характеристиками. Для эффективного протекания технологического процесса оборудование оснащается устройствами контроля и управления, а также другими сопутствующими приспособлениями. [30-32]

Также мощность и габариты лазеров определяют особенности конструкций ЛТО. Лазеры малой мощности входят в состав ЛТО (Рисунок 1.6, а), лазеры киловатного диапазона обычно размещаются отдельно, вне рабочей зоны ЛТК (Рисунок 1.6, б).

а) б)

Рисунок 1.6. Лазерное технологическое оборудование: комплекс гидролазерной резки FL-HYDRO (а), комплекс лазерной обработки FL-CPM (б)

Технологии лазерной очистки и лазерной сварки с недавнего времени стали возможны для осуществления в ручном исполнении. РЛТС имеют особую конструкцию - лазер размещается в их переносном блоке управления (Рисунок 1.7). [18-19], [33-36]

а) б)

Рисунок 1.7. Ручные лазерные технологические системы: система лазерной очистки LightCLEAN (а), система ручной лазерной сварки LightWELD-1500 (б)

Такие особенности ТСОС функционирования ЛТО, как отражённое и рассеянное ЛИ и СИ обуславливают проектирование и применение средств защиты. Наличие защитной кабины (Рисунок 1.6, а) или локального средства защиты снимает вопросы по лазерной безопасности. Но в настоящее время всё больше оборудования выпускается без средств защиты, особенно с учётом роста популярности РЛТС (Рисунок 1.7). В этих случаях оценка состава и уровней интенсивности излучений ТСОС становится особо актуальными. [37-39]

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Крючина Ольга Алексеевна, 2025 год

Список литературы

1. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки: Учеб. пособие для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 664 с.

2. Ковалёв О.Б., Фомин В.М. Физические основы лазерной резки толстых листовых материалов. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2013. 256 с.

3. Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок / В. Я. Панченко [и др.]. М.: Физматлит, 2009. 664 с.

4. О.А. Крючина, В.И. Криворотов, И.Э. Садовников. Российский рынок фотоники глазами экспертов. // РИТМ Машиностроения. 2023. №1. С. 11

5. Справочник по лазерной сварке. Редактор оригинального издания С. Ка-таяма. М.: Техносфера, 2015. 704 с.

6. Металлы и их сплавы, применяемые в авиастроении. ULR: https://apni.ru/article/86-metalli-i-ikh-splavi-primenyaemie-v-aviastroeni (дата обращения 29.09.2024).

7. Сталь 09Г2С. Сталь конструкционная низколегированная. ULR: https://www.nttzm.ru/spravochnik/stali/stal-09g2s/ (дата обращения 29.09.2024).

8. Нержавеющая сталь 12Х18Н10Т. ULR: https://td-mc.ru/material/nerzhavey ushchaya-stal-12h18n10t (дата обращения 29.09.2024).

9. Титановый сплав ВТ6. ULR: https://www.mazprom.ru/products/titanovyj-splav/vt-6/ (дата обращения 29.09.2024).

10. Сплав АМг6. ULR: https://metalinox.ru/marochnik-stali/alyuminiy-splav-alyuminiya/splav-amg6/ (дата обращения 29.09.2024).

11. Левченко А.М. Книга лекций по сварке в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого. Цветные металлы. СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2022. 140 с.

12. Марочник стали и сплавов. ULR: https://www.splav-kharkov.com/main.php (дата обращения 29.09.2024).

13. Левченко А.М. Книга лекций по сварке в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого. Стали и чугуны. СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2022. 255 с.

14. Петровский В. Н., Менушенков А.П. Лабораторная работа «Физические основы и технологические особенности лазерной сварки»: Учебное пособие. М.: МИФИ, 2005. 24 с.

15. Евтихиев Н.Н., Очин О.Ф., Бегунов И.А. Лазерные технологии: Учебное пособие. Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2020. 240 с.

16. Чирков А.М., Очин О.Ф., Грезев Н.В. Технология лазерной сварки. Методические рекомендации: Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2022. 192 с.

17. ГОСТ 12.0.003-2015 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация. М.: Стандартинформ, 2016. 10 с.

18. LightClean. Лазерная очистка. ULR: https://lightclean.online/ (дата обращения 29.09.2024).

19. LightClean. Лазерная очистка. ULR: https://ire-polus.com/wp-content/up-loads/2024/05/ipg-ire-polus_lightclean_.pdf (дата обращения 29.09.2024).

20. Обзор технологии лазерной маркировки. ОКБ БУЛАТ. ULR: https://www.laser-bulat.ru/articles/124/ (дата обращения 29.09.2024).

21. Шиганов И.Н. Специальные лазерные технологии: учебное пособие. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019. 143 с.

22. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Чирков А.М. Гибридные технологии лазерной сварки: Учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 52 с.

23. Гибридные технологии сварки. Особенности и преимущества. ULR: https://cyberleninka.ru/article/n/gibridnye-tehnologii-svarki-osobennosti-i-preimuschestva (дата обращения 29.09.2024).

24. Основы сварочного производства: учебное пособие / А.А. Черепахин [и др.]. М.: КНОРУС, 2019. 308 с.

25. Евдокимов А.А., Очин О.Ф. Волоконные лазеры. Взаимодействие лазерного излучения с веществом: Учебное пособие. М.: ООО НТО «ИРЭ-Полюс», 2017. 104 с.

26. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Оборудование для лазерной обработки. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2022. 285 с.

27. Богданов А.В., Голубенко Ю.В. Волоконные технологические лазеры и их применение: Учебное пособие. СПб.: Издательство «Лань», 2016. 208 с.

28. IPG IRE-POLUS. Корпоративный ролик. ULR: https://ire-polus.com/o-kompanii/ (дата обращения 29.09.2024).

29. Лазеры НТО «ИРЭ-Полюс». ULR: https://ire-polus.com/catalog/lazery/ (дата обращения 29.09.2024).

30. Очин О.Ф., Башевский А.С. Средства доставки лазерного излучения: технологические комплексы, интеллектуальная оснастка: Учебное пособие. М.: ООО НТО «ИРЭ-Полюс», 2018. 108 с.

31. Структурная схема лазерных технологических установок. ULR: http://online.mephi.ru/courses/new_technologies/laser/data/lecture/9/p2.html (дата обращения 29.09.2024).

32. Борейшо А.С. Лазеры: Устройство и действие: Учебное пособие. СПб.: Мех. ин-т, 1992. 215 с.

33. Комплекс гидролазерной резки FL-HYDRO. ULR: https://ire-polus.com/wp-content/uploads/2024/05/ipg-ire-polus_laser_water_cutting_fl_hy-dro.pdf (дата обращения 29.09.2024).

34. Комплекс лазерной обработки FL-CPM. ULR: https://ire-polus.com/wp-content/uploads/2024/05/ipg-ire-polus_laser_system_fl_cpm.pdf (дата обращения 29.09.2024).

35. Система ручной лазерной сварки LightWELD-1500. ULR: https://lasersystems.ipgphotonics.com/ru-RU/Products/Handheld-Systems/Handheld-Laser-Welding-System (дата обращения 29.09.2024).

36. Система ручной лазерной сварки LightWELD-1500. ULR: https://ire-polus.com/wp-content/uploads/2024/05/ipg-ire-polus_lightweld_1500.pdf (дата обращения 29.09.2024).

37. Научно-практическая конференция XII Конгресса ТП «Фотоника» «Лазерная макрообработка промышленных материалов». «Фотоника-2024» Доклад О.А. Крючина «Лазерная безопасность. Новые положения и базовые принципы». ULR: https://www.youtube.com/watch?v=8nFk8O2ZH6c (дата обращения 28.03.2024).

38. Конференция «Инновационные лазерные технологии для Российской промышленности» в рамках выставки «Металлообработка. Сварка - Урал. 2023». Г. Екатеринбург. Доклад О.А. Крючина «Безопасная эксплуатация лазерных технологических комплексов». ULR: https://events.webinar.ru/50385263/ 1302102541 /record-new/286165154 (дата обращения 20.03.2023).

39. Научно-практическая конференция рабочей группы №3 технологической платформы «Фотоника-2022» «Лазерные производственные технологии». Доклад О.А. Крючина «Лазерная безопасность в промышленном производстве». ULR: https://www.youtube.com/watch?v=b5AFyg3T04E&t=3404s (дата обращения 28.03.2024).

40. Климков Ю.М., Хорошев М.В. Лазерная техника. Учебное пособие. М.: МИИГАиК, 2014. 143 с.

41. Лазерная система непрерывного действия YLS-AMB. ULR: https://www.directindustry.com.ru/prod/ipg-photonics-corporation/product-29249-2675226.html (дата обращения 29.09.2024).

42. Гельманова З.С., Жаксыбаева ГШ., Гарт Н.А. Управление производственной средой для качественной работы на предприятии // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. №2 (ч.1). С. 133137

43. Таксанц М.В. Охрана труда и правила техники безопасности при работе на лазерных установках: Уч. пособие. М.: МИФИ, 2012. 29 с.

44. Научно-практическая конференция рабочей группы №3 технологической платформы «Фотоника-2023» «Лазерная макрообработка промышленных материалов и аддитивные технологии». Доклад О.А. Крючина «Измерение энергетических характеристик отражённого излучения при лазерных технологических процессах». ULR: https://www.youtube.com/watch?v=nbDFQt3vaTw (дата обращения 29.09.2024).

45. ANSI Z 136.1-2014 American National Standard for Safe Use of Lasers (Национальный стандарт США по безопасному использованию лазеров). Orlando: Laser Institute of America, 2014. 257 с.

46. Крючина О.А. Результаты исследования технологической среды оптического спектра при лазерных процессах обработки материалов. // Лучевые технологии и применение лазеров.: Тез. докл. XI международной конференции. СПб. 2024. С. 82-83

47. Райзер Ю.П., Лазерная искра и распространение разрядов. М.: Наука, 1974. 308 с.

48. Щеглов П. Ю. Исследование сварочного факела в процессе сварки низколегированных сталей больших толщин излучением мощного иттербиевого волоконного лазера: дис. ... канд. физ.-мат. наук. Москва. 2011. 112 с.

49. Веденов А.А., Гладуш Г.Г. Физические процессы при лазерной обработке материалов. М.: Энергоатомиздат, 1985. 208 с.

50. Летягин И.Ю., Федосеева Е.М. Оценка сквозного проплавления при лазерной сварке на основе регистрации плазменного факела. // Вестник ПНИПУ. 2016. Т. 18, №1. C. 84-100.

51. Земляков Е. В. Теоретические основы гибридной-лазерно-дуговой обработки материалов: дис. ... канд. техн. наук. Санкт-Петербург. 2012. 217 с.

52. Langmuir I., Mott-Smith H. Studies of electric discharges in gases at low pressures // Gen. Electr. Rev. 1924. № 27. P. 449-458.

53. Tonks L., Langmuir I. A General Theory of the Plasma of an Arc // Phys. Rev. 1929. № 34. Р. 876-922.

54. Langmuir I., Blodgett К. Currents Limited by Space Charge between Concentric Spheres // Phys. Rev. 1924. № 24. Р. 49-59.

55. Сдвиженский П. А. Разработка метода непрерывного контроля химического состава композиционных покрытий в процессе коаксиальной лазерной наплавки: дис. ... канд. техн. наук. Москва. 2021. 141 с.

56. Спектрометрия лазерно-индуцированной плазмы для анализа состава изделий в процессе коаксиальной лазерной наплавки / П.А. Сдвиженский [и др.] // Вестник Московского университета. Серия 2. Химия. 2020. Т. 61, №2. С. 95101

57. Грезев А.Н. Плазмообразование при лазерной сварке с глубоким про-плавлением. // Современные лазерно-информационные и лазерные технологии. Сборник трудов ИПЛИТ РАН. 2004. С. 228-235.

58. ГОСТ Р 12.1.031-2010 ССБТ. Лазеры. Методы дозиметрического контроля лазерного излучения. Москва: Стандартинформ, 2012. 46 с.

59. Кибовский В.Т. Расчётные и инструментальные методы контроля безопасности лазерного излучения в транспортной отрасли: дис. ... канд. техн. наук. Москва. 2017. 200 с.

60. Крючина О.А., Садовников И.Э. Проблемы проведения измерений облучённости в процессе лазерной обработки металлов. // Фотоника. 2019. Т. 13, №3. С. 308-311

61. МИ УФ.ИНТ-12.01-2018 Методика измерения параметров ультрафиолетового излучения для целей специальной оценки условий труда. Москва: Акционерное общество "Клинский институт охраны и условий труда" (АО КИОУТ), 2018. 23 с.

62. ГОСТ 24940-2016 Здания и сооружения. Методы измерения освещенности. Москва: Стандартинформ, 2019. 20 с.

63. Р 50.2.053-2006 ГСИ. Измерение энергетической освещенности ультрафиолетового излучения в производственных помещениях. Методика выполнения измерений. Москва: Стандартинформ, 2006. 8 с.

64. ГОСТ 26824-2018 Здания и сооружения. Методы измерения яркости. Москва: Стандартинформ, 2019. 24 с.

65. Либенсон М.Н., Яковлев Е.Б., Шандыбина Г.Д. Взаимодействие лазерного излучения с веществом (силовая оптика). Часть II. Лазерный нагрев и разрушение материалов. Учебное пособие. СПб: НИУ ИТМО, 2014. 181 с.

66. Reflected Laser Radiation - Relevance for Laser Safety? / Zaeh M. F. [et al.] // 3 th International Conference on Photonic Technologies, LANE 2010. 2010. №5. Р.177-186

67. Рыкалин Н. Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1951. 294 с.

68. Богданов А.В., Мисюров А.И., Смирнова Н.А. Теоретические основы лазерной обработки: Методические указания к лабораторным работам. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 23 с.

69. Beam Parameter Product (BPP). ULR: https://laserportal.ru/content_1005 (дата обращения 29.09.2024).

70. Серия YLS-U Ультракомпактные иттербиевые волоконные лазеры. ULR: https://ire-polus.com/wp-content/uploads/2024/05/ipg-ire-polus_ultra_com-pact_fiber_laser_series_yls-u.pdf (дата обращения 29.09.2024).

71. Делоне Н.Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. Курс лекций. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. 280 с.

72. Действие излучения большой мощности на металлы / Анисимов С. И. [и др.]. М.; Наука, 1970. 272 с.

73. Крючина О.А., Шиганов И.Н., Садовников И.Э. Совершенствование методики контроля отражённого и рассеянного излучения при лазерных технологических процессах // Технология машиностроения. 2021. №1. С. 63-67

74. Крючина О.А., Шиганов И.Н., Садовников И.Э. Совершенствование методики контроля отражённого и рассеянного излучения при лазерных технологических процессах // Сварочное производство. 2021. №6. С. 51-55

75. Zou, Wuxioong Yang, Shikai. Effect of plume on weld penetration during high-power fiber laser welding // JOURNAL OF LASER APPLICATIONS. 2016. Vol. 28, №2, May. Р. 8.

76. National Institute of standards and technology. ULR: https://phys-ics.nist.gov/PhysRefData/ASD/LIBS/libs-form.html (дата обращения 29.09.2024).

77. LIBS Input Form. ULR: https://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/Html/ libshelp.html (дата обращения 29.09.2024).

78. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Лазерная техника и технологии. Кн. 3. Методы поверхностной лазерной обработки: Учеб. пособие для вузов. М.: Высш. шк., 1987. 191 с.

79. Measurements of laser-induced plasma temperature field in deep penetration laser welding / Genyu Chen [et al.] // Optics &Laser Technology. 2013. №45. Р. 551557

80. Characterization of laser-induced plasmas associated with energetic laser cleaning of metal particles on fused silica surfaces / Candace D. Harris [et al.] // Optics Letters. 2015. Vol. 40. No. 22. Р. 5212-5215

81. Левнев В.Н. Селективное испарение при лазерной абляции многокомпонентных сплавов в воздухе: дис. ... канд. физ.-мат. наук. Москва. 2013. 166 с.

82. Автоматизированный монохроматор-спектрограф M266. ULR: https://solar-laser.com/devices/automated-monochromator-spectrograph-m266/? ysclid=lwrfrh5lep395822790 (дата обращения 29.09.2024).

83. Монохроматор. ULR: https://cyclowiki.org/wiki/%D0%9C%D0%BE% D0%BD%D0%BE%D 1 %85%D 1 %80%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D 1 %82%D0 %BE%D1%80 (дата обращения 29.09.2024).

84. Зайдель А.Н., Островская Г.В., Островский Ю.И. Техника и практика спектроскопии: Учебное пособие по курсу прикладной спектроскопии для студентов университетов и других высших учебных заведений. М.: Изд-во «Наука», 1972. 375 с.

85. M266 монохроматор-спектрограф. Руководство по эксплуатации. Минск: Solar Laser System, 2017. 32 с.

86. Крючина О.А., Шиганов И.Н., Садовников И.Э. Особенности энергетических характеристик световой технологической среды при лазерной и ла-зерно-дуговой обработке металлов волоконными лазерами // Технология машиностроения. 2023. №1. С. 21-28

87. Крючина О.А., Шиганов И.Н., Садовников И.Э. Особенности энергетических характеристик световой технологической среды при лазерной и лазерно-дуговой обработке металлов волоконными лазерами // Сварочное производство. 2024. №1. С. 29-36

88. Многоканальный универсальный радиометр «АРГУС». ULR: https://www.vniiofi .ru/depart/m4/argus .html?ysclid=m 1 m0wd0kj 8143559006 (дата обращения 29.09.2024).

89. Люксметр «АРГУС-01-1». ULR: https://ekosf.ru/product/argus-01/ (дата обращения 29.09.2024).

90. Яркомер «АРГУС-02-1». ULR: https://ekosf.ru/product/argus-02/ (дата обращения 29.09.2024).

91. Радиометр ультрафиолетовый УФ-А. «АРГУС-04-1». ULR: https://ekosf.ru/product/argus-04/ (дата обращения 29.09.2024).

92. Радиометр ультрафиолетовый УФ-В. «АРГУС-05-1». ULR: https://ekosf.ru/product/argus-05/ (дата обращения 29.09.2024).

93. Радиометр-дозиметр. «АРГУС-06/1». ULR: https://ekosf.ru/product /argus-06-1/ (дата обращения 29.09.2024).

94. Радиометр «АРГУС-15». Описание типа средства измерений. ULR: https://all-pribors.ru/opisanie/54991-13-argus-15-58633?ysclid=m4e9hrrb43959021 030 (дата обращения 29.09.2024).

95. Крючина О.А., Рогаткин Д.А. Обучение специалистов по программе повышения квалификации «Методы измерения энергетических характеристик лазерного излучения и параметров световой среды на промышленных предприятиях» // Лазер-Информ. 2021. №5-6 (692-693). С. 10-12.

96. АРГУС-15 - радиометр. ULR: https://www.electronpribor.ru/catalog/57/ argus-15.htm (дата обращения 15.04.2022).

97. Утвержденные типы средств измерений. Дозиметры лазерные. ULR: https://fgis.gost.rU/fundmetrology/registry/4 (дата обращения 15.04.2022).

98. Лазерный дозиметр «ЛД-07». ULR: https://ntm.ru/products/127/8105 (дата обращения 15.04.2022).

99. Дозиметры лазерные. «ЛД-07». Руководство по эксплуатации. БВЕК 710000.01 РЭ. ООО «НТМ-Защита» г. Москва. ULR: https://ntm.ru/UserFiles/File/document/LaserRadiation/LD-07_manual.pdf (дата обращения 15.04.2022).

100. Крючина О.А. Влияние параметров технологических процессов лазерной обработки на изменение уровней облученности от отражённого излучения // Будущее машиностроения России: тез. докл. в 2 т. Всерос. конф. Москва. 2020. Т.2. С. 249-253.

101. Крючина О.А., Шиганов И.Н. Особенности проведения измерений облучённости от отражённого и рассеянного излучения при лазерных технологических процессах // ЛАЗЕРЫ В НАУКЕ, ТЕХНИКЕ, МЕДИЦИНЕ: тез. докл. Меж-дунар. конф. Москва. 2020. С. 208-212.

102. Комплексная оценка эксплуатационной надежности модульной кабины с активной защитой от воздействия лазерного облучения / Крючина О. А. [и др.] // Фотоника. 2021. Т. 15, №4. С. 282-295

103. Крючина О.А. Шиганов И.Н. Методика исследования световых факторов, сопутствующих лазерным технологическим процессам. // Будущее машиностроения России: тез. докл. в 2 т. Всерос. конф. Москва. 2022. Т.2. С. 427-432

104. Светофильтры из цветного стекла. ULR: https://oltech.ru/catalog/svet-ofiltry-iz-tsvetnogo-stekla/ (дата обращения 29.09.2024).

105. Крючина О.А. Шиганов И.Н. Энергетические характеристики отраженного излучения при лазерных технологических процессах. // Наукоемкие технологии в машиностроении: тез. докл. в 2 т. Междунар. конф. Москва. 2024. Т. 2. С. 216-219.

106. Хорунжий И. А., Трофименко Е. Е., Шеденков С. И. Введение в лабораторный практикум по физике. Методические указания. Минск: БНТУ, 2014. 22 с.

107. IPG IRE-Polus. Продукция. ULR: https://ire-polus.com/products/ (дата обращения 29.09.2024).

108. Industrial robots from KUKA. ULR: https://www.kuka.com/en-de/prod-ucts/robot-systems/industrial-robots (дата обращения 29.09.2024).

109. СанПиН 1.2.3685-21 Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания. ULR: https://www.rospotrebnadzor.ru/files/news/GN_sreda%20_obitaniya_com-pressed.pdf (дата обращения 29.09.2024).

110. Толкачёва А.В., Крючина О.А., Садовников И.Э. Лазерная безопасность. Решение есть! Новый стандарт. Передовые концепции // Лазер-Информ. 2024. №4 (763). С. 6-9.

111. Желтов Г.И. «Болезни» Европейских и отечественных нормативов по лазерной безопасности и их патогенез. // «Как это было...» сборник воспоминаний создателей отечественной лазерной техники. 2016. Ч.5. С. 160-177

112. Крючина О.А., Садовников И.Э. Гармонизация со стандартами Европейского Союза: вопросы, проблемы, решения. // Фотоника. Т. 14. 2020. №1. С. 56-64.

113. Научно-практическая конференция рабочей группы №3 технологической платформы «Фотоника-2021» «Лазерные производственные технологии». Доклад О.А. Крючина «Современное состояние и перспективы решения практических вопросов обеспечения лазерной безопасности». ULR: https://www.youtube.com/watch?v=-cfYKww6PX0 (дата обращения 29.09.2024).

114. Крючина О.А., Минаев В.П. Новый СанПиН 1.2.3685-21. Состояние отечественной нормативной базы по лазерной безопасности. // Лазер-Информ. 2021. №5-6 (692-693). С. 7.

115. Бибик О.Б., Садовников И.Э. К вопросу о нормативной базе по лазерной безопасности. // Фотоника. 2017. №1 (61). С. 38-39.

116. Рахманов Б.Н., Кибовский В.Т. Лазер. Все же какого он класса опасности. Часть I. // Фотоника. 2015. №5 (53). С. 42-49

117. Желтов Г.И. Нормативы по лазерной безопасности: истоки, уровень, перспективы. // Фотоника. 2017. №1 (61). С. 10-35

118. Желтов Г.И. О нормативах по лазерной безопасности. // Лазер-Ин-форм. 2018. №15-16 (630-631). С.1-7

119. Малькова Н.Ю., Лугиня С.В. Проблемы технического регулирования в области фотоники // Фотоника, 2019, №2, С. 208-213

120. В.П. Минаев. О стандартизации в вопросе лазерной безопасности // Фотоника. 2016. №1 (55). С.114-146.

121. Рахманов Б.Н., Кибовский В.Т. Лазерная безопасность. Документы новые - проблемы старые // Лазер-Информ. 2016. №21-22 (588-589). С. 1-13

122. Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров №5804-91. М., 1993. 94 с.

123. IEC 60825-1-2014 Safety of laser products - Part 1: Equipment classification and requirements (Безопасность лазерной аппаратуры. Часть 1: Классификация оборудования, требования и руководство для пользователей). Switzerland: International Electrotechnical Commission, 2014. 220 с.

124. ГОСТ IEC 60825-1-2013 Безопасность лазерной аппаратуры. Часть 1. Классификация оборудования, требования и руководство для пользователей. М.: Стандартинформ, 2014. 77 с.

125. Крючина О.А. Безопасная эксплуатация лазерного технологического оборудования. // РИТМ Машиностроения. 2022. №10. С. 34-37

126. ГОСТ 31581-2012 Лазерная безопасность. Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий. М.: Стандартинформ, 2013. 20 с.

127. Крючина О.А., Шиганов И.Н. Характеристики среды сопутствующего излучения при лазерных технологических процессах. // ЛАЗЕРЫ В НАУКЕ, ТЕХНИКЕ, МЕДИЦИНЕ: тез. докл. Междунар. конф. Москва. 2022. С.181-186

128. Конференция «Внедрение лазерных технологий на отечественных предприятиях». В рамках деловой программы выставки Металлообработка-2024. ULR: https://www.youtube.com/watch?v=vShAGVFv4ik&t=2188s (дата обращения 29.09.2024).

129. Вебинар «Инновационные лазерные технологии для Российской промышленности» 23.11.2022. О.А. Крючина. Доклад «Безопасная эксплуатация лазерных технологических комплексов». ULR: https://events.webinar.ru/50385263/ 11744947/record-new/566275544/a2f37613dbb6 d9ff777b2fbe0460ef8d (дата обращения 24.11.2022).

130. Лазерный центр. Каталог поставляемого оборудования. ULR: https://www.newlaser.ru/equipment/ (дата обращения 29.09.2024).

131. Инновационные сварочные технологии в метровагоностроении. ULR: https://dzen.ru/a/ZFIMj5YP9j3iMs6Q (дата обращения 29.09.2024).

132. LC Professional M3. Лазерный раскройный комплекс. ULR: https://unimach.ru/catalog/lcm/lc-professional-m3/ (дата обращения 29.09.2024).

133. Ручные системы НТО «ИРЭ-Полюс». ULR: https://ire-polus.com/catalog/ruchnye-sistemy/ (дата обращения 29.09.2024).

134. ГОСТ 71028-2023 Оптика и фотоника. Оборудование на базе волоконных лазеров. Требования безопасности. М.: Российский институт стандартизации, 2023. 20 с.

135. Приказ Росстандарта от 21.11.2023 N 1434-ст "Об утверждении национального стандарта Российской Федерации". ULR: https://docs.cntd.ru/document/ 1304138499?ysclid=m261 m0akz3411856256 (дата обращения 29.09.2024).

136. ГОСТ 12.4.011-89. Система стандартов безопасности труда. Средства защиты работающих. Общие требования и классификация. М.: ИПК издательство стандартов, 2004. 6 с.

137. Geoff Giordano. New ANSI guidelines remind users to take stock of industrial laser protections // Laser Focus World. 2014. October. Р. 41-47

138. John Wallace. Laser safety is an industry unto itself // Laser Focus World. 2017. January. Р. 7

139. Laservision. Laser Eyewear Search Tool. F09 Frame with T5K11 Filter. ULR: https://www.lasersafety.com/product/f09-t5k11-5000/ (дата обращения 29.09.2024).

140. ГОСТ ЕН 12626-2006 Безопасность металлообрабатывающих станков. Станки для лазерной обработки. М.: Стандартинформ, 2007. 14 с.

141. Optrel. ULR: https://www.optrel.com/ru/ (дата обращения 29.09.2024).

142. Crystal 2.0. ULR: https://www.optrel.com/ru/vse-maski/crystal20 (дата обращения 29.09.2024).

143. ГОСТ EN 207-2021 Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты глаз. Очки для защиты от лазерного излучения. Общие технические требования. Методы испытаний. М.: Стандартинформ, 2022. 29 с.

144. PanoramaXX Hybrid. ULR: https://www.optrel.com/ru/vse-maski/panoramaxx-hybrid (дата обращения 29.09.2024).

145. LaserPair. ULR: https://www.laserpair.com/en/ (дата обращения 29.09.2024).

146. Darkening Laser Welding Helmet protect for 900-1100nm OD8+ with CE EN207. ULR: https://laserpair.en.made-in-china.com/product/HAMYSPdEJucm/ China-Darkening-Laser-Welding-Helmet-protect-for-900-1100nm-OD8-with-CE-EN207.html (дата обращения 29.09.2024).

147. Univet. ULR: https://www.univetlaser.com/ (дата обращения 29.09.2024).

148. MASTR - Laser Welding Helmet. ULR: https://www.univet-laser.com/en/products/laser-eye-protection/laser-welding/helmet/ (дата обращения 29.09.2024).

149. Сварочный экран «Скрин ЭП» 1400 х 1800, красный. ULR: https://www.dugovik.ru/catalog/svarochnye-aksessuary/zapchasti-i-prochee/sva-rochnye-shtory-i-pokryvala/svarochnyy-ekran-skrin-ep-1400-1800-krasnyy/ (дата обращения 29.09.2024).

Приложение

П.1

Техническое задание на разработку сварочной маски с дополнительной защитой от лазерного излучения

Цель разработки

Создание комбинированного средства индивидуальной защиты персонала лазерного технологического оборудования, предназначенного для защиты глаз и лица от яркой вспышки, искр, брызг, вредного ультрафиолетового (УФ), инфракрасного (ИК) излучения, а также дополнительной защиты от лазерного излучения, возникающих при нормальных условиях сварочного процесса.

Краткое описание предмета разработки

Сварочный маска должна предотвращать вредное воздействие УФ, видимого, ИК и лазерного излучения на кожу лица и глаз, а также защищать от брызг расплавленного металла и горячих частиц, механических воздействий.

1. Требования к сварочной маске

1.1 Сварочная маска должна соответствовать требованиям ТР ТС 019/2011 "О безопасности средств индивидуальной защиты" и ГОСТ 12.4.254-2013 «Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты глаз и лица при сварке и аналогичных процессах. Общие технические условия».

1.2 Требуемые характеристики АСФ

Параметр Значение

Степень затемнения в нерабочем от 2 до 3

состоянии, DIN

Степень затемнения в рабочем от 2 до 3

состоянии, DIN

Защита ИК и УФ Максимальная защита в светлом и

темном состоянии, 12 DIN

Оптический класс светофильтра 4 — 12

Классификация no EN 379 1/1/1/2

Размер светофильтра, мм ~90х 110x7

Размер смотрового окна, мм 50 х 100

Количество оптических сенсоров, шт 3

Регулировка чувствительности Плавная

Наличие режима механической Пя

обработки «Grind»

Источник питания Солнечные батареи, 2 шт. литиевые

батареи 3 В, сменные (CR2032)

Цветопередача ТС

Температура эксплуатации, °С -20°С - 80°С

Вес, г не более 600 г

1.3 Корпус сварочной маски должен быть устойчив к случайному воздействию лазерного излучения, а также к воздействию диффузно-отраженного и зеркального лазерного излучения, и должен удовлетворять требованиям устойчивости к лазерному излучению согласно п. 3.3 ГОСТ ЕЙ 207-2021.

2. Требования к защитному светофильтру от лазерного излучения

2.1 Сварочная маска должна снабжаться съемным защитным светофильтром, предотвращающим воздействие на человека лазерного излучения в диапазоне длин волн от 1000-1080 нм,

2.2 Требуемые технические характеристики защитного светофильтра от лазерного излучения:

Параметр Значение

Длина волны лазерного излучения, нм 1000- 1080

Тип используемого лазера Лазер непрерывного режима работы (D)

Пропускаемость (\ТТ) > 60%

Оптическая плотность OD 7+

из, степень защиты DIRLB5

Соответствие стандартам EN 207

Цвет/Материал Прозрачный/Поликарбонат

2.3 Защитный светофильтр от лазерного излучения должен соответствовать требованиям к спектральному коэффициенту пропускания светофильтров согласно п. 3.1 ГОСТ ЕМ 207-2021.

2.4 Защитный светофильтр от лазерного излучения должен соответствовать требованиям к световому коэффициенту пропускания светофильтров согласно п. 3.2 ГОСТ ЕЫ 207-2021.

2.5 Защитный светофильтр от лазерного излучения должен соответствовать требованиям устойчивости к лазерному излучению светофильтров согласно п. 3.3 ГОСТ ЕМ 207-2021.

2.6 Защитный светофильтр от лазерного излучения должен обеспечивать постоянную защиту от воздействия лазерного излучения в любом режиме работы АСФ.

2.7 Защитный светофильтр от лазерного излучения должен удовлетворять требованиям к минимальной прочности в соответствии с ЕМ 166.

2.8 Защитный светофильтр от лазерного излучения должен быть съемным и легко извлекаемым из корпуса сварочной маски.

2.9 Маркировка защитного светофильтра от лазерного излучения должна содержать:

- длину волну;

- условия испытаний;

- оптическую плотность и степень защиты.

Начальник Отдела сертификации, аттестации и стандартизации

Крючина O.A.

03. /2. ¿OJl<L

ire-polus

Общество с ограниченной ответственностью НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ИРЭ-ПолЮС" (ООО НТО "ИРЭ-Полюс")

141195, РФ, Московская область, г. Фрязино, площадь им. академика Б. А. Введенского, д. 3,

строение 5

Отчёт

о результатах испытаний на устойчивость корпуса защитной сварочной маски Optrel Crystal 2.0 к лазерному излучению.

12 января 2023 года проведены испытания по определению устойчивости корпуса защитной сварочной маски Optrel Crystal 2.0 к лазерному излучению согласно требованиям п. 3.3 ГОСТ EN 207-2021.

Испытания проводились при следующих параметрах непрерывного источника лазерного излучения:

- длина волны лазерного источника 1064 нм;

- диаметр луча на выходе 1 мм;

- качество пучка лазерного излучения 1.1 мм х мрад;

- мощность лазера 0,78 Вт и 10 Вт.

Согласно требованиям ГОСТ EN 207-2021 корпус сварочной маски не должен терять своего защитного действия и проявлять индуцированное сквозное пропускание лазерного излучения. Для оценки устойчивости к лазерному излучению определяется спектральный коэффициент пропускания, измеренный для диапазона длин волн 1060-1070 нм, на котором маска должна обеспечивать защиту от лазерного излучения. Для выбранной степени защиты LB 5 спектральный коэффициент пропускания не должен превышать 10"5 при плотности мощности лазерного излучения 106 Вт/м2 (соответствует мощности лазерного источника 0,78 Вт) и длительности воздействия не менее 5 с.

В результате проведения испытаний:

1) Внутренняя (черная матовая) и внешняя (серебристая глянцевая) часть корпуса после воздействия лазерного излучения не теряют защитных свойств и не имеют следов сквозного проплавления для степени защиты LB 5. Максимальный измеренный спектральный коэффициент пропускания не превышает установленного значения.

2) Дополнительно проведена оценка устойчивости корпуса защитной сварочной маски для повышенной степени защиты LB 6 (плотность мощности лазерного излучения 107 Вт/м2, что соответствует мощности лазера в 7,8 Вт). При данной степени защиты, внутренняя (черная матовая) и внешняя (серебристая глянцевая) часть корпуса после воздействия лазерного излучения теряют защитное свойство и имеют следы сквозного проплавления. Максимальный измеренный спектральный коэффициент пропускания многократно превышает установленное значение.