5. Программа самостоятельной познавательной

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
УТВЕРЖДАЮ
Директор ИФВТ
___________ В.В. Лопатин
«___» ____________2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ИМПУЛЬСНАЯ ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНИКА
НАПРАВЛЕНИЕ ООП: 200400 «Оптотехника»
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ: «Методы и техника импульсных оптикофизических исследований»
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ): магистр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2011 г.
КУРС 2; СЕМЕСТР 3;
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ: 3
ПРЕРЕКВИЗИТЫ: «Основы оптики», «Квантовая физика. Колебания и волны», «Физика конденсированного состояния», «Оптические и световые измерения».
КОРЕКВИЗИТЫ: «Методы и техника регистрации оптических процессов».
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
ЛЕКЦИИ
9 часов (ауд.)
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
ИТОГО
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
36
9
54
72
126
часа (ауд.)
часов (ауд.)
часа
часов
часов
очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ: Экзамен в 3 семестре
ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ КАФЕДРА: «Лазерной и световой техники»
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ:
д.ф.м.н., профессор В.М. Лисицын
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП:
д.ф.м.н., профессор В.М. Лисицын
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ:
д.ф.м.н., проф. каф. ЛИСТ В.П.Ципилев
2011г.
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина "ИЛТ" является завершающей подготовку магистра с ориентацией по лазерной обработке материалов, эксплуатации лазерных технологических установок и лазерных
медицинских комплексов. Ее изучение базируется на знаниях, полученных студентами в курсах "Основы оптики", "Прикладная оптика", "Основы квантовой электроники", "Взаимодействие лазерного излучения с веществом" и является более углубленным изучением некоторых
разделов дисциплины «Лазерная технология и оборудование». В курсе излагаются физическое и математическое моделирование технологических операций лазерной обработки материалов, технологические режимы обработки и основы их расчета, устройства и применение
лазерных установок в различных областях науки и техники.
Целью преподавания дисциплины является подготовка специалиста, способного разрабатывать, внедрять и обслуживать конкретные технологические операции, связанные с лазерной обработкой материалов (лазерная резка, сварка, термоупрочнение и др.), а также создавать и обслуживать лазерные обрабатывающие установки.
После изучения данной дисциплины:
студент должен знать:
- физические процессы, происходящие при обработке металлов, сплавов и неметаллических
образцов;
- методы управления технологическим процессом;
- основные технологические приемы, оборудование, методы расчета и разработки новых
технологических операций, методы научных исследований и экспериментов;
- технологию обслуживания ТЛ и ЛТК, технику безопасности при работе с мощными лазерными пучками и ЛТУ ( как специализированными, так и широкого назначения);
и уметь применять:
- методы расчета конкретной технологической операции и параметров лазерной технологической установки;
- методы оценки эффективности лазерного технологического процесса;
- методы настройки и запуска технологического оборудования для конкретной операции,
методы прогнозирования и анализа результата лазерной обработки металлов, сплавов и
неметаллических материалов;
Достижение поставленных целей обеспечивается содержанием лекционного курса, тематикой практического курса и циклом лабораторных работ. Теоретический курс дает представление о физических процессах, протекающих при лазерной обработке материалов. В нем закладываются основы расчета режимов технологических операций, изучаются устройство и работа
лазерных технологических установок. Тематика практических занятий обеспечивает получение навыков расчета проектирования технологических операций и оборудования к ним. Те же
задачи ставятся и при выполнении программы самостоятельной познавательной деятельности
студентов. Лабораторный цикл выполняет задачу получения практических навыков работы с
лазерными технологическими установками и стендами, навыков организационных и практических мероприятий для проведения исследований и оценки эффективности конкретной технологической операции.
Текущий и итоговый контроль способствует самоорганизации работы студентов и позволяет вносить коррективы в организацию учебного процесса для повышения его эффективности.
2
Дисциплина построена по модульному принципу. Каждый модуль является автономной
частью дисциплины и содержит элементы теоретического, практического обучения, самостоятельную работу по изучения дисциплины. Трудоемкость освоения каждого модуля
оценивается в кредитах. Один кредит эквивалентен 36 часам работы по освоению радела
дисциплины, включающей лекционную, практическую (семинарскую), лабораторную и самостоятельную работу. Общая трудоемкость дисциплины составляет 8 кредитов. Дисциплина состоит из 4 модулей:
№
№
Наименование
модуля
1
Физические процессы, происходящие при лазерной обработке металлов, сплавов и
неметаллических
образцов
Математическое
1
моделирование
процессов нагрева
и разрушения материалов
лазерным излучением
Технологические
0,5
режимы лазерной
обработки материалов (часть 1 –
закалка, легирование, сварка)
Технологические
0,5
режимы лазерной
обработки материалов (часть 2 –
размерная обработка, резка, маркировка)
4
2
3
4
Ито
го
ТрудоемВиды занятий и их трудоемкость в часах
кость моПрактиче- Лаборатор Самостоя
дуля в кре- Лекции
ские заня- ные заня- тельная радитах
тия
тия
бота
1
Введение
Раздел 4
Раздел 2
Тема 1
Раздел 3
Темы 2.1,
Темы 1-2
2.2, 2.3 и
2.4
Раздел 2
Темы 3.1,
3.2,
3.3,
3.4, 3.5
Раздел 4
Тема 2
Раздел 3
Темы 3-4-5
Раздел 2
Темы 4.1,
4.2, 4.3, 4.4
Раздел 4
Тема 3
Раздел 3
Тема 6-7
Раздел 2
Темы
5.1,
5.2,
5.3, 5.4
Раздел 4
Темы 4-5
9
36
Раздел 3
Темы
89Реферат
Раздел 5
Темы 1.11.5, 2.1-2.5
72
.
3
2. СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИОННОГО КУРСА
Тема 1. Введение
2 час
1.1. Цели и задачи дисциплины. Характеристика смежных дисциплин.
1.2. Общая характеристика и перспективы лазерной обработки материалов.
1.3. Знакомство с разделами курса и литературой.
Тема 2. Физические процессы, происходящие при обработке металлов, сплавов и неметаллических образцов
18 час
2.1. Феноменология нагрева и разрушения металлов при неподвижном источнике теплоты (6 час)
2.1.1. Источник теплоты, ее параметры и описание; нагрев металла при низких и высоких
плотностях потока; глубокое проплавление вещества; послойное и объемное испарение, критические плотности потоков.
2.1.2. Пароплазменный факел и его влияние на глубину проплава и испарения; скрытая
теплота плавления и испарения; феноменологическая картина процесса остывания.
2.2. Модель нагрева и разрушения вещества при движущемся источнике теплоты (4
час)
2.2.1. Схема энергозатрат в установившемся режиме нагрева. Баланс энергии в канале проплавления; нагрев стенок канала; движение расплава, остывание расплава (кристаллизация).
2.2.2. Эффективный коэффициент поглощения (энерговклад лазерного излучения). Влияние поглощающих покрытий на эффективность энерговклада; влияние длины волны лазерного излучения; влияние формы проплавления, оптического разряда в парах металла (ОРП) и в
окружающем газе (ОРГ).
2.3. Методы повышения эффективности лазерного воздействия (4 час)
2.3.1. Анализ результата воздействия. Применение поглощающих покрытий, выбор типа
окружающего газа, применение высокоскоростного газового потока; выбор типа лазера.
2.3.2. режимы и механизм лазерного термоупрочнения, механизм лазерной сварки и газолазерной резки материала.
2.4 Физические процессы при обработке неметаллических материалов (4 час)
Особенности лазерного нагрева неметаллов, поглощательная способность неметаллов,
теплопроводность, светорассеяние, хрупкость; особенности продуктов разрушения; удельная
теплота разрушения; требования к потоку газа при газолазерной резке неметаллов; сопло для
получения сверхзвуковых потоков.
Тема 3. Математическое моделирование процессов нагрева и разрушения материалов лазерным излучением
16 час
3.1. Математическое моделирование процесса нагрева (4 час)
Уравнение теплопроводности с объемным и поверхностным источником теплоты; граничные и начальные условия.
3.2. Методы решения уравнения теплопроводности (6 час)
Метод преобразования Лапласа, метод конечных разностей, метод мгновенных источников.
3.3. Следствие и выводы из частных решений
(2 час)
4
Расчетные формулы для температуры нагрева в плоской геометрии; определение скорости
нагрева и охлаждения.
3.4. Моделирование паро-газодинамических и плазменных явлений (2 час)
3.5. Метод баланса энергии (2 час)
3.5.1. Уравнение баланса энергии; теплофизические константы металлов, сплавов и неметаллических материалов.
3.5.2.. Приближенные оценки параметров лазерного разрушения по методу баланса энергии
для движущегося и неподвижного источников теплоты.
Тема 4. Технологические режимы лазерной обработки материалов
(часть I - закалка, легирование, сварка)
18 час
4.1. Лазерное термоупрочнение (6 час)
Эффективность энерговвода излучения, температурный профиль нагрева, глубина закалки, распределение микротвердостей при обработке непрерывным излучением и в импульснопериодическом режиме воздействия; износостойкость; закалка железоуглеродистых, титановых, алюминиевых и медных сплавов.
4.2. Лазерное легирование и газопорошковая наплавка
(2 час)
4.3. Лазерная сварка (6 час)
Баланс энергии, энергетические характеристики, технологические особенности; сварка
малых толщин и сварка с глубоким проплавлением, влияние окружающего газа и заглубления
фокуса; кинжальность проплавления; эффективность энерговвода, непрерывный и импульснопериодический режимы сварки, сварка различных конструкций.
4.4. Особенности лазерной сварки различных сталей, сплавов алюминия, титана, магния
и никеля. Примеры практического применения (4 час)
Тема 5. Технологические режимы лазерной обработки материалов
(часть II - сверление отверстий, резка, размерная обработка, маркировка)
18 час
5.1 Лазерная резка металлов (4 час)
Газолазерная резка, плотность мощности, эффективность энерговвода, баланс энергии; режимы качественной резки и максимальной производительности; резка в непрерывном и импульсно-периодическом режимах воздействия, таблица режимов резки.
5.2. Газолазерная резка неметаллов (4 час)
Особенности резки неметаллов, баланс энергии, плотности потоков; технология резки неметаллов ( резка гетинакса, стекла, текстолита, ПММК, древесины, резины и пр.); практические примеры режимов резки.
5.3. Размерная обработка (8 час)
5.3.1. Сверление отверстий в металлах одиночным импульсом. Эффективность энерговклада, баланс энергии, плотности мощности; относительная глубина отверстия, роль заглубления фокуса.
5.3.2. Сверление отверстий в импульсно-периодическом режиме воздействия. Режимы
наибольшей производительности; режимы получения высокого качества; влияние частоты
следования импульсов.
5
5.3.3. Сверление отверстий в диэлектриках. Сверление одиночным импульсом и в импульсно-периодическом режиме воздействия. Эффективность энерговклада, баланс энергии;
два режима многоимпульсной обработки, влияние условий фокусировки; методы повыше6ния
качества обработки, режим «световой трубки», оксиконные системы; лазерное сверление алмазных волок; сверление часовых камней.
5.4. Лазерная аморфизация поверхности и лазерная маркировка (2 час)
Плотность потока и длительность воздействия; механизм аморфизации; профиль микротвердости при аморфизации.
3. ЦЕЛИ И ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Целью проведения практических занятий является:
- приобретение навыков расчета энергетических и технологических параметров операций лазерной обработки металлов и неметаллических материалов ;
- усвоение основных терминов дисциплины, физических параметров и величин (включая оптические и теплофизические константы материалов);
- приобретение навыков расчета режимов лазерной резки и сварки материала в зависимости от типа лазера и параметров лазерного пучка для лазерной обработки металлов и неметаллических материалов;
- обеспечение более глубокого понимания теоретических разделов.
Все занятия двухчасовые. Занятия проводятся в форме решения задач, ответов на вопросы по изученному материалу, обсуждения отдельных вопросов. Студентам выдаются необходимые материалы (методические пособия, справочная литература, перечни вопросов для
самоконтроля и контроля). На практических же занятиях проводятся контрольные работы, результаты которых являются основанием для рейтинговой оценки.
ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
18 час
Тема 1. Взаимодействие лазерного излучения с металлами (2 час)
Расчет глубины проникновения излучения, температуры нагрева при неподвижном и
движущемся источниках теплоты; расчет критических потоков глубокого проплавления и
объемного испарения.
Тема 2. Воздействие лазерного излучения на диэлектрики (2 час)
Расчет глубины проникновения света в диэлектрик с учетом светорассеяния; определение температуры нагрева при поверхностном поглощении; расчет температуры нагрева при
объемном источнике теплоты.
Тема 3. Решение уравнения теплопроводности (2 час)
Расчет задачи нагрева методом конечных разностей. Расчет температурного профиля методом мгновенных источников.
Тема 4. Расчеты глубины лазерного термоупрочнения (2 час)
Расчет при облучении СО2-лазером непрерывного действия; то же для неодимового лазера при воздействии импульсно-периодическим режимом.
6
Тема 5. Расчеты ширины и глубины зоны проплава (2 час)
Сварка сплавов в различных режимах воздействия; расчеты энергетики процесса; анализ
уравнения баланса.
Тема 6. Газолазерная резка металлов (2 час)
Расчет энергетических и технологических параметров процесса для различных лазерных
установок; расчет оптической схемы фокусировки; то же для газолазерной резки неметаллических образцов; анализ уравнения баланса.
Тема 7.
Размерная обработка металлов (2 час)
Сверление отверстий в металлах. Сверление отверстий малого и большого диаметра в
непрерывном режиме работы лазера; расчет режима обработки; то же в импульснопериодическом режиме.
Тема 8. Сверление отверстий в диэлектриках (2 час)
Расчет параметров процесса в режиме моноимпульса и серии импульсов в керамике, дереве, часовых камнях; перфорирование отверстий в стеклопластике; расчет и подбор режимов;
оптимизация технологического процесса.
Тема 9.
Лазерная маркировка (2 час)
Расчет и подбор режимов для маркировки металлов и неметаллических образцов.
4. ЦЕЛИ И ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Целью проведения лабораторных работ является:
- освоение методов настройки, юстировки и запуска лазерных технологических комплексов;
- освоение методов острой фокусировки и транспортировки лазерных пучков с помощью технологических объективов;
- освоение методов организации и проведения конкретной технологической операции,
освоение приемов наблюдения, контроля и оценки качества обработки материалов,
методов измерения энергетических и технологических параметров процесса обработки;
- получение навыков расчета технологической установки и параметров процесса,
навыков сравнительного анализа результатов расчета и эксперимента, оценки эффективности проведенной операции;
- получение практического опыта по лазерной сварке, резке, размерной обработке и
маркировке различных конструкционных материалов и сплавов с помощью лазерных технологических комплексов на базе лазеров различного типа.
Лабораторные работы по дисциплине «Физические основы лазерной обработки материалов и лазерная медицина» проводятся в специально оборудованной лаборатории лазерной
техники, располагающей парком технологических лазеров и двумя уникальными учебнонаучно-исследовательскими лазерными стендами большой мощности, снабженными всей необходимой измерительно-регистрирующей и вспомогательной лазерной аппаратурой. основном работы носят исследовательский характер, что должно способствовать активизации обучения. Все работы четырехчасовые.
ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
18 ЧАС
Тема 1.
(2 час).
Обучение правилам ТБ, навыкам работы, методам транспортировки пучков технологических
лазеров "ИЛГН-704" и ЛТН-103
7
Тема 2.
(4 час).
Исследование технологических режимов резки и сварки материалов (металлы) с помощью лазера ЛТН-103 и оптического волокна (длина волны 1060 нм)
Тема 3.
(4 час).
Исследование режимов нанесения рисунков, резки и сварки материалов (дерево, оргстекло,
стекло, кварц и пр.) с помощью СО2-лазера "ИЛГН-704" (длина волны 10600 нм)
Тема 4.
(4 час).
Расчет и подбор режимов технологических операций сверления отверстий и сварки материалов (металлы, полимеры) на установке ГОС-301М (длина волны 1060 нм)
Тема 5.
(4 час).
Расчет и подбор технологических режимов маркировки, удаления (испарения) тонких пленок
и пробивки прецезионных отверстий на установке ГОС-1001М (длина волны 1060 нм)
5. ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
172 ЧАС (166 ЧАС)
Внеаудиторная работа студентов по дисциплине заключается в:
- самостоятельном изучении материала теоретических занятий;
- подготовке к лабораторным занятиям;
- подготовке к практическим занятиям;
- подготовке к контрольным работам;
- подготовка реферата, выполнению дополнительных заданий за нарушение графика
работы, пропуски занятий.
Для закрепления теоретического материала, выполнения отчетов по лабораторным работам по дисциплине во вне учебное время студентам предоставляется возможность пользования библиотекой ТПУ, библиотеками лабораторий кафедры, возможностями дисплейного
класса кафедры.
В рамках самостоятельной познавательной деятельности студентам предлагается изучить два раздела, не вошедших в лекционный курс. Первый дополняет раздел 2 РП и дает более глубокое и детальное представление о нагреве материала излучением промышленных ТЛ.
В нем изучаются устройство и работа конкретных ТЛ отечественного и зарубежного промышленного производства. Второй - дополняет раздел 4 РП в области основных лазерных технологий, направлен на расширение кругозора и уяснение перспектив и роли лазерной технологии в хозяйственной деятельности.
Кроме того, студенту дается конкретная тема по одному из разделов, по которой он
представляет реферат и выступает с докладом на семинарских занятиях. Перечень индивидуальных заданий и требования к качеству освоения материала изложены в методических указаниях к самостоятельной работе студентов. Краткое содержание разделов, вынесенных на самостоятельную проработку, приводится ниже.
Тема 1. Лазеры для эффективного нагрева материалов.
1.1. Твердотельные лазеры. Эффективность воздействия на материалы.
1.2. Лазеры на углекислом газе. СО2-лазеры непрерывного действия, способы прокачки рабочей смеси и способы охлаждения, параметры излучения. ЛДО. Лазер «ИЛГЛ-704», лазер
«Кардамон», лазер фирмы «Когерент»
1.3. Лазеры на углекислом газе. БПЛ. Лазер ЛОК-3М, Эффективность воздействия на материалы.
1.4. Эксимерные лазеры. Эффективность воздействия на материалы.
1.5. Задачи расчета нагрева материалов.
Тема 2. Технология применения лазерных установок в обработке материалов .
8
2.1. Лазерная обработка. Сварка и резка малых толщин лазерами малой мощности в ИПР с
большой частотой следования импульсов.
2.2. Лазерные оптоволоконные манипуляторы. Устройства ввода и вывода излучения, прозрачность волокна для различных типов ТЛ. Пределы фокусировки, перспективы применения.
2.3. Лазерная обработка материалов. Гравировка и лазерная маркировка; изготовление сеток
и реплик; скрайбирование.
2.4. Технология создания объемных форм методом полимеризации при действии лазерного
пучка.
2.5. Применение СО2-лазеров и эксимерных лазеров при изготовлении отверстий в диэлектриках.
6. ТЕКУЩИЙ И ИТОГОВЫЙ КОНТРОЛЬ
Экзаменационные билеты по дисциплине «Физические основы лазерной обработки материалов и лазерная медицина»
_______________________________________________________________________________
Физические основы лазерной обработки материалов
БИЛЕТ №1
1. Физические процессы при лазерном термоупрочнении. .
2. Модель нагрева и разрушения вещества при движущемся источнике теплоты
3. Лазерное легирование и газопорошковая наплавка.
Составил:
проф. каф. ЛИСТ Ципилев В.П.
Утвердил:
зав. каф. ЛИСТ
Лисицын В.М.
_________________________________________________________________
Физические основы лазерной обработки материалов
БИЛЕТ №2
1. Суть метода конечных разностей.
2. Особенности сверления отверстий в диэлектриках. Прошивка отверстий в ИПР.
3. Влияние окружающего газа и заглубления фокуса на процесс сварки.
Составил:
Утвердил:
проф. каф. ЛИСТ Ципилев В.П.
зав. каф. ЛИСТ
Лисицын В.М.
Физические основы лазерной обработки материалов
БИЛЕТ №3
1. Физические процессы при лазерной резке.
2. Методы повышения эффективности лазерного воздействия.
3. Баланс энергии в канале проплавления.
9
Составил:
Утвердил:
проф. каф. ЛИСТ Ципилев В.П.
зав. каф. ЛИСТ
Лисицын В.М.
__________________________________________________________________________
Физические основы лазерной обработки материалов
БИЛЕТ №4
1. Провести анализ решения, полученного из уравнения баланса. Связь между параметрами.
2. Влияние на процесс сварки подачи газа.
3. Сверление одиночным импульсом
Составил:
Утвердил:
проф. каф. ЛИСТ Ципилев В.П.
зав. каф. ЛИСТ
Лисицын В.М.
Физические основы лазерной обработки материалов
БИЛЕТ №5
1. Физические процессы при лазерной сварке.
2. Особенности лазерного нагрева неметаллов
3. Лазерная аморфизация поверхности и лазерная маркировка.
Составил:
Утвердил:
проф. каф. ЛИСТ Ципилев В.П.
зав. каф. ЛИСТ
Лисицын В.М.
Физические основы лазерной обработки материалов
БИЛЕТ №6
1. Влияние плазмы оптического разряда на Аэфф.
2. Чем определяется глубина закалки.
3. Сверление в импульсно-периодическом режиме воздействия.
Составил:
Утвердил:
проф. каф. ЛИСТ Ципилев В.П.
зав. каф. ЛИСТ
Лисицын В.М.
Физические основы лазерной обработки материалов
БИЛЕТ №7
1. Модель нагрева металлов при глубоком проплавлении.
2. Прошивка отверстий в металлах одиночным импульсом и в ИПР.
3. Особенности лазерной сварки различных сталей (железоуглеродистые сплавы).
Составил:
проф. каф. ЛИСТ
Ципилев В.П.
10
Утвердил:
зав. каф. ЛИСТ
Лисицын В.М.
Физические основы лазерной обработки материалов
БИЛЕТ №8
1. Особенности физических процессов при резке диэлектриков. Резка древесины.
2. Особенности лазерной сварки сплавов алюминия.
3. Решение уравнения теплопроводности методом преобразования Лапласа
Составил:
Утвердил:
проф. каф. ЛИСТ Ципилев В.П.
зав. каф. ЛИСТ
Лисицын В.М.
_________________________________________________________________________
Физические основы лазерной обработки материалов
БИЛЕТ №9
1. Уравнение теплопроводности.
2. Эффективность энерговклада при лазерной закалке.
3. Примеры практического применения лазерной сварки.
Составил:
Утвердил:
проф. каф. ЛИСТ Ципилев В.П.
зав. каф. ЛИСТ
Лисицын В.М.
___________________________________________________________________
Физические основы лазерной обработки материалов
БИЛЕТ №10
1. Физические процессы при лазерном сверлении отверстий.
2. Уравнение теплопроводности с объемным и поверхностным источником теплоты.
3. Влияние поглощающих покрытий на эффективность энерговклада.
Составил:
проф. каф. ЛИСТ Ципилев В.П.
Утвердил:
зав. каф. ЛИСТ
Лисицын В.М.
РЕЙТИНГ-ЛИСТ
по дисциплине «Физические основы лазерной обработки материалов»
1. В течение семестра по результатам текущего и рубежного контроля студенты имеют возможность набрать 850 баллов, в том числе по видам подготовки:
Осенний семестр:
11
– лекционный курс - практические занятия –
Весенний семестр:
– лекционный курс - лабораторный курс –
625 баллов
225 баллов
435 баллов
415 баллов
2. Знания студентов по итогам работы в семестре оцениваются по пятибальной системе:
85%
оценка «отлично»
723 - 850 баллов
70%
оценка «хорошо»
595 - 722 баллов
55%
оценка «удовлетворительно»
468 - 594 баллов
35%
допуск к экзамену
298 - 467 баллов
3. На итоговом экзамене во время экзаменационной сессии студент имеет возможность получить 150 баллов, исчисляемых по шкале соответствия традиционным оценкам:
85%
70%
55%
оценка «отлично»
оценка «хорошо»
оценка «удовлетворительно»
128 - 150 баллов
105 - 127 баллов
82 - 104 баллов
4. Усвоение теоретического материала оценивается по результатам помодульного рубежного
контроля, проводимого в форме коллоквиумов
Осенний семестр
№
1
Физические процессы, происходящие при обработке металлов, сплавов и неметаллических образцов
110
Время проведения
8 неделя
2
Физическое и математическое моделирование процессов нагрева и разрушения материалов лазерным излучением
90
13 неделя
3
Технологические режимы лазерной обработки материалов – часть I (закалка, легирование, сварка).
100
17 неделя
Весенний семестр
№
4
Наименование модуля
Наименование модуля
Технологические режимы лазерной обработки материалов – часть II-1 (резка металлов и диэлектриков)
– часть II-2 (сверление отверстий)
– частьII-3 (маркировка и другие применения)
Баллы
Баллы
60
70
60
Время проведения
6 неделя
12 неделя
16 неделя
5. Лабораторный курс из пяти работ оценивается в 250 баллов. При успешном выполнении и
защите отчетов по лабораторным работам в течение семестра студент может получить 200
баллов. Дополнительные 50 баллов студент может получить при успешной защите всего
цикла работ.
6. На практических занятиях студент может получить 110 баллов, из них 30 баллов по результатам выполнения контрольных заданий. Остальные 80 баллов могут быть получены
12
при выполнении текущей программы занятий и выполнении индивидуальных заданий,
включая написание реферата и доклады.
Перечень вопросов текущего контроля и самоконтроля
Модуль 1:
1. Простейшая модель нагрева металла до температуры плавления потоком лазерного излучения. Источник теплоты неподвижен.
2. Модель нагрева при глубоком проплавлении. Источник теплоты неподвижен.
3. Физическая модель нагрева и разрушения при движущемся источнике теплоты.
4. Баланс энергии (на примере движущегося источника).
5. Механизм образования глубокого проплавления.
6. Связь эффективности энерговвода с плотностью потока лазерного излучения.
7. Влияние плазмы оптического разряда в парах (ОРП) на Аэфф.
8. Влияние плазмы оптического разряда в окружающем газе (ОРП) на Аэфф.
9. Физические процессы при нагреве диэлектриков.
10. Влияние скоростного газового потока на Аэфф.
11. Физические процессы при лазерном термоупрочнении.
12. Особенности импульсно-периодического режима воздействия.
Модуль 2:
Уравнение теплопроводности. Физический смысл членов уравнения и символов.
В чем суть метода конечных разностей.
Суть решения уравнения теплопроводности методом преобразования Лапласа.
Анализ решения, полученного из уравнения баланса.
Расчетные формулы для температуры нагрева в плоской геометрии.
Определение скорости нагрева и охлаждения.
Расчетная формула для температуры нагрева диэлектриков (объемный источник теплоты).
8. Критерии поверхностного и объемного нагрева.
9. Скорость фронта испарения.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Модуль 3:
1. Чем определяется глубина закалки при лазерном упрочнении.
2. Три основных режима лазерной сварки.
3. От чего зависит «кинжальность» проплавления при лазерной сварке.
4. Сварка малых толщин. Плотности потоков. Эффективность энерговвода.
5. Эффективность энерговвода при сварке с глубоким проплавлением.
Модуль 4:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Газолазерная резка. Основные режимы резки. Эффективность энерговклада.
Особенности газолазерной резки диэлектриков. Роль газового потока.
Преимущество сверления отверстий в импульсно-периодическом режиме.
Особенности сверления отверстий в диэлектриках.
Преимущество многоимпульсного метода сверления отверстий в диэлектриках.
Сверление алмазных волок (фильер) и отверстий в часовых камнях.
13
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина ФОЛОМ обеспечена методическими указаниями к лабораторным работам
и к самостоятельной работе студентов. В процессе изучения лекций используется демонстрационный материал, соответствующий изучаемому разделу дисциплины. При изучении
устройства и работы технологических лазеров используются их портативные макеты, специально разработанные для этих целей (в том числе и студентами кафедры ЛИСТ). При изучении раздела «Технология обработки материалов» демонстрируются образцы изделий, обработанные лазерным пучком. Для лучшего усвоения устройства и работы лазерных технологических комплексов используется иллюстрационный материал в виде плакатов и рекламных
листков ведущих отечественных и зарубежных фирм, специализирующихся на выпуске подобного оборудования.
Список рекомендуемой литературы по дисциплине:
Основная.
1. А.Г. Григорьянц. Основы лазерной обработки материалов. - М.: Машиностроение,
1989.-300 с.
2. Технологические лазеры. Справочник под ред. Г.А.Абильсиитова.- М.: Машиностроение.
1991.-т.1 и т.2.
3. Справочник по лазерной технике /под ред. А.П.Напортовича М.: Энергоатомиздат, 1991,
543 с.
4. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов /Справочник под ред. Н.Н.Рыкалина
М.: Машиностроение – 1985 – 496 с.
Дополнительная.
5. Г.С. Евтушенко, А.А.Аристов Лазерные системы в медицине / Учебное пособие Томск,
изд. ТПУ – 1998 –
6. Ж. "Laser Market". 1992, в.1-12, 1993, в. 1-12.
7. А.В.Лыков Теория теплопроводности М.: Высшая школа – 1967 – 599 с.
8. Б.Ф.Федоров Лазеры: основы устройства и применения М.: изд. ДОСААФ 1988- 189 с.
9. Прикладная лазерная медицина. Учебное пособие./ Под ред. Х.-П.Берлиена, Г.Й.Мюллера:
пер. С нем. – М.: АО «Интерэксперт», 1997.-356 с.
14