Диссертация (Обоснование параметров лазерной маркировки деталей машин и агрегатов для их идентификации и учета), страница 18

Этот этап не обязателен при отсутствииуказанных дефектов;2 – формирование маркировочного символа (штрих-кода).Подборрежимаобработкизасчетварьированиятехнологическихпараметров лазерной обработки: тока накачки диодной линейки, частотыследования импульсов и скорости перемещения луча лазера по обрабатываемойповерхности проводился опытным путем. По мере снижения плотностираспределения следов от воздействия импульса проводилось контрольноесчитывание. Было выявлено, что сканер пропускает пробелы между линиямипорядка ширины самой линии, то есть при разрешении 8 линий на миллиметр.120Приуменьшенииплотностизаливкидалеесчитываниепроисходилоснекорректной расшифровкой или же не могло произвестись вообще. Принанесении маркировочного штрихового кода с разрешением в 8 линий намиллиметр время процесса составило 5 секунд.

На рисунке 3.13 представленыфотографии широкого (рисунок 3.13 а, б) и узкого штрихов (рисунок 3.13, в)закодированного символа, нанесенного на полимерные образцы.а)б)в)Рисунок 3.13 – Элементы штрихового кода на образцах из ПВХ (а) иполиэтилена (б), х200 и полиэтилентерефталата (в), х100Используемые режимы процесса маркировки и разрешение изображениймаркировочных символов приведены в таблице 3.13.Таблица 3.13 Режимы лазерной маркировки полимерных материалов№ образца12345678МатериалПолиэтиленПолипропиленПолистиролПоликарбонатПолиэтилентерефталат (ПЭТ)Поливинилхлорид (ПВХ)КапролонФторопласт-4I, А1616161616161616F, Гц2000020000200002000020000200002000020000V, мм/с200200200200200200200200Dpi300300300300300300300300121Результаты обработки образцов представлены на рисунке 3.14.Рисунок 3.14 – Фотографии образцов с маркировкой штрихового кода напластмассах: 1 – полиэтилен; 2 – полипропилен; 3 – полистирол; 4 –поликарбонат; 5 – полиэтилентерефталат (ПЭТ); 6 – поливинилхлорид (ПВХ);7 – капролон; 8 – фторопласт-4Следует отметить, что для некоторых образцов (3 и 8) также использовалсядополнительный режим для создания контрастного фона.

Это объясняетсянеобходимостью формирования дополнительной четкости линий штрих-кода засчет повышения контрастности. Как и в случае с образцами из металлическихматериалов, на всех полимерных образцах считывание штрих-кода стандартнымсканером производилось с первого раза, что свидетельствует о высоком качествеизображения. Общая продолжительность по времени нанесения штрих-кода наповерхность образцов не превышала 30 с, с нанесением фонового цвета – 90 с.Результаты по подбору режимов процесса маркировки полимерных материаловпредставлены в статьях, выполненных в соавторстве [2, 3, 5, 47].На рисунке 3.15 представлены нанесенные лазером штриховые и матричныекоды на некоторые детали изделий машин различных отраслей промышленности.122а) Маркировка турбиннойлопатки из стали Cr-Mo-V(двухмерный штрих-кода PDF417)б) Тройник головки блока изАЛ35 (двухмерный штрихкода PDF417 и нанобаркод)г) линейный штрих-кодна циркониевом ТВЭЛед) Стержень из стали 20(двухмерный штрих-код PDF417и нанобаркод)в) Диск из Р6М5(линейный штрих-кодCODE 128)е) Шатун из стали 20(линейный штрих-кодCODE 128)Рисунок 3.15 – Примеры маркировки деталей кодировочными символами3.7 Выводы по третьей главе.Теоретический анализ тепловых условий формирования оксидныхструктур на поверхности металлических образцов показал следующее:пленочныеоксидныеструктурывидимогоспектраформируютсявограниченном диапазоне изменения мощности излучения.

Величина диапазонаопределяетсяусловиямиобразованияоксидныхпленок:физическими123свойствами материала, химическим составом и технологическими параметрамиизлучателя. Изменения таких параметров, как скорость перемещения лазерноголуча и частота следования импульсов не в меньшей степени, чем средняямощность импульса, влияет на цветовую характеристику замаркированногоизображения или символа, яркость насыщение цвета и его контрастность.Рассчитанные и прошедшие опытную апробацию технологические режимыпроцесса цветной лазерной маркировки на металлических материалах, а такженанесение зашифрованных меток на металлы и пластмассы, подтвердилизначимость учета параметров лазерной установки и маркируемых материалов,корректность проведенных расчетов и достоверность получаемых в ходемногочисленных экспериментов результатов.124ГЛАВА 4 СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЙ АНАЛИЗ ОБРАБОТАННОЙПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И ОЦЕНКАКАЧЕСТВА НАНЕСЕННОЙ МАРКИРОВКИ.4.1 Исследование фазового состава оксидных пленок на поверхностизамаркированных металлических образцовКак уженанесенныхупоминалось во введении, результаты фазового анализамаркировочныхсимволовпроводилисьсиспользованиемлабораторной базы ФГУП "ЦНИИ КМ «Прометей".

Для проведения этихисследований был использован японский многофункциональный рентгеновскомдифрактометре ULTIMA IV фирмы «Rigaku Corporation».Для исследований были отобраны следующие опытные темплеты сталей08Х13, 12Х17 и ВТ1-0, в качестве маркировочных меток были нанесеныодноцветные изображения – метки квадратной формы размером 12х12 мм.Каждая метка маркировалась в одном режиме. На темплете из стали 08Х13полученная метка была красного цвета, на стали 12Х17 были нанесены 2 меткидвумя разными режимами с получением изображений красного и синего цветов.На сплаве ВТ1-0 маркировочная метка была синего цвета.

Из полученныхтемплетов были вырезаны образцы в размер замаркированных квадратов.Цветные поверхности этих образцов были исследованы на рентгеновскомдифрактометре. На рисунках 4.1 – 4.4 приведены изображения участковдифракционныхспектровисследуемыхобразцов,содержащихнаиболееинтенсивные дифракционные максимумы присутствующих фаз. Качественныйрентгеноструктурный анализ проводился по полным дифракционным спектрамисследуемых образцов.Рисунок 4.1 соответствует участку дифрактограммы образца из стали 08Х13с маркировочной меткой красного цвета. На рисунках 4.2 и 4.3 представленыучастки дифрактограмм образцов из стали 12Х17 с маркировочными меткамикрасного и синего цветов.125Рисунок 4.1 – Дифрактограмма фазового анализа метки красного цвета на 08Х13Рисунок 4.2 – Дифрактограмма фазового анализа метки красного цвета на 12Х17126Рисунок 4.3 – Дифрактограмма фазового анализа метки синего цвета на 12Х17Рентгеноструктурное исследование поверхности образцов стали 08Х13 и12Х17 после лазерной обработки по различным режимам, обеспечивающимразличные цветовые оттенки, позволило установить следующую закономерностьструктурных изменений поверхностного слоя: появление оксидного слоя соструктурой окисла типа шпинели (Ме3О4) связано с присутствием ферритнойфазы как основного материала подложки, а цветовые различия, вероятно, зависятот толщины поверхностной пленки.

На обоих образцах из стали красного цвета вструктуре присутствует оксид Fe2,89O4, что указывает на присутствие оксидовсмешанного химического состава типа, где вместо железа могут присутствоватьдругие легирующие элементы, в первую очередь Cr. Этим и обосновываетсякрасный оттенок оксидной пленки в отличие от образца синего цвета, структураоксидной пленки которого состоит из полноценной шпинельной Fe3O4 фазы.Полученныеданныесогласуютсясаналогичнымиисследованиями,проведенными другими авторами с коррозионностойкими сталями при обработке127разного типа лазерами и имеющие цветные оттенки на замаркированных участкахповерхности [95, 105].Если сравнивать полученные результаты с данными авторов, проводившиханалогичныеисследованиядляинструментальныхсталей,подвергшихсялазерному излучению с целью повышения поверхностной твердости иизносостойкости [96], то можно отметить, что в нашем случае не былообнаружено присутствие в приповерхностных слоях цветных пленок таких фаз,как FeO (вюстит) и Fe2O3 (гематит), в то время как в основной своей массе в болееглубоких слоях также подтверждается присутствие Fe3O4 (магнетит).

Несмотря наварьирование в указанных исследованиях различных интенсивностей лазерногоизлучения, мы можем отметить, что в данном случае для получения цветногоизображения на поверхности изучаемых сталей используются специальныережимы, интенсивность которых в значительной степени отличается отинтенсивности, используемой для лазерного излучения с целью поверхностногоупрочнения стальной поверхности.На рисунке 4.4 представлена рентгенограмма образца сплава ВТ1-0 смаркировочнойметкойсинегоцвета.Рентгеноструктурноеисследованиеобработанной поверхности образцов титана ВТ1-0 с оксидными пленками синегоцветапозволилоустановитьзакономерностиструктурныхизмененийповерхностного слоя: было выявлено наличие оксидов преимущественно Ti2O3,что объясняется многочисленными пиками на рентгенограмме с менее частовстречающимися пиками, указывающими на наличие в структуре оксида типаTiO.Можно предположить, чем меньше встречается в структурном составепленки оксида TiO, тем более глубокий синий оттенок будет иметьзамаркированный участок, увеличение количества этого оксида в структуре будетпридавать пленке более голубые тона.