Лазерный мир

Вятлев Павел Александрович, Леун Евгений Владимирович, Сергеев Даниил Владимирович, Сысоев Валентин Константинович // Омский научный вестник, 2019

В статье обсуждаются вопросы контроля качества перфорированных лазерным излучением металлизированных полимерных пленок, используемых в изготовлении матов экранно-вакуумной тепловой изоляции (ЭВТИ) космических аппаратов. Описаны конструкция, принцип действия и режим работы автоматизированного лазерного перфоратора. Показано, что к наиболее важным эксплуатационным параметрам перфорированных пленок ЭВТИ следует отнести прочность и пылевыделение. Экспериментальными исследованиями показано, что лазерная перфорация, обеспечивая высокую прочность, уменьшает разброс по этому параметру для разных образцов пленок ЭВТИ по сравнению с аналогичными показателями ручной механической перфорации. При измерении профиля кромки перфорируемого отверстия определены оптимальные геометрические параметры зоны нагара кромки отверстия, состоящей преимущественно из углерода. Экспериментально подтверждено, что лазерная перфорация не приводит к увеличению пылевыделения пленок ЭВТИ.

Для изготовления матов ЭВТИ в АО «НПО Лавочкина» разработана автоматизированная перестраиваемая лазерная система перфорации (рис. 1) — лазерный перфоратор (в дальнейшем — перфоратор) на основе иттербиевого волоконного импульсного лазера [5, 6]. Его использование позволяет повысить производительность и точность перфорирования с возможностью регулировки диаметра и шагов отверстий [7, 8].

В данной работе представлены результаты экспериментальных исследований влияния лазерной перфорации на прочность матов ЭВТИ и их пыле-выделения. В открытой печати исследование данного вопроса во всей его полноте ранее представлено не было и данная статья направлена на восполнение этого недостатка.

1. Конструкция, принцип действия и режим работы перфоратора. Основным элементом перфоратора (рис. 1а) является лентопротяжный механизм с использованием валов, одной или двух бобин подачи пленки и одной приемной бобины, иттерби-евый (УЪ) волоконный импульсный лазер (с длиной волны X =1,062 мкм, средней мощностью Рлаз = = 20 Вт) с оптической системой для фокусировки луча в пятно размером до «40 …60 мкм и пылесос

В основе автоматизированной лазерной перфорации лежат протягивания одной или двух пленок лентопротяжным механизмом синхронно со сканирующими линейными и угловыми перемещениями лазера и импульсным точечным удаленидм (прожиганием) материала пленки ЭВТИ. В процессе этого вокруг центра с координатами: (х0; у0) образуется с небольшой зоной нагара кромка отверстия, вдоль замкнутой круговой траектории (рис. 2), опины-ваемой уравнением (х — х0 )2 + (у — Но )2 д лТерф . ОО гперф — радиус перфорируемого отверстия из диапазона 0,005…0,025 м, х0 и у0 можно считать координатами первого перфорируемого отверстия. Аналогичным образом происходит прожигание материала пленки ЭВТИ для каждого отверстия.

Физический процесс перфорации основан намощном импульзном воздействиилазерного излучения на плен ку со стороны алюминиевой металлизации, включающим абляцию, т.е. удаление вещества с ыюверхности л-(ерным импульсом с диапазоном ско ростей ет и с парения до микровзрыва.

Натяжение пленки(ок) в процессе лазерной перфорации кз нтролируттся скор остью вращения бобин и валоп.

Пылевыделение ЭВТИ обусловлено ухрупчи-ванием и разрушением деструцированного в зоне воздействия лазерного излучения материала и может оказывать значительное отрицательное воздействие на работу оптических приборов (солнечных батарей, датчиков звездного неба, солнечного датчика и др.), входящих в состав бортовой аппаратуры и выполняющих целевую задачу.

В связи с вышеизложенным, наиболее важными параметрами пленок ЭВТИ, определяющими качество лазерной перфорации, следует считать прочность на разрыв и пылевыделение. Поэтому лазерная перфорация будет считаться качественной и удовлетворяющей требованиям, предъявляемым к изделиям ракетно-космической техники, при выполнении следующих условий:

1) прочность перфорируемых пленок при лазерной перфорации должна быть не ниже механически пленок;

2) пылевыделение не должно превышать показателей для исходных неперфорированных пленок.

Для проверки этого были проведены экспериментальные исследования, результаты которых представлены далее.

2.1. Контроль прочностных характеристик пленок ЭВТИ после лазерной перфорации. Для оценки влияния лазерной перфорации на прочностные характеристики образцов пленок ПМ-1-ЭУ-ДА и НИИКАМ-РАМ-2 произведены сравнительные прочностные испытания исходных и перфорированных лазерной и механической методиками с измерением максимальной нагрузки P. Испытания проходили в отделе материаловедения АО «НПО Лавочкина» на разрывной машине 2166 Р-5 (рис. 3а). В процессе этого измерялась максимальная нагрузка P, действующая на пленку, до момента ее критического растяжения, предшествующего её разрушению в соответствии со стандартной программой испытаний для данной разрывной машины.

Полное содержание статьи: https://cyberleninka.ru/article/n/kontrol-kachestva-metallizirovannyh-polimernyh-plenok-posle-avtomatizirovannoy-lazernoy-perforatsii/pdf