Ústav materiálov a mechaniky strojov SAV, v. v. i.
Názov témy
Výskum prípravy povrchu laserovou abláciou pre kondenzátorové priváranie svorníkov na povrchovo upravených a MLI-pokrytých hliníkových konštrukciách
Program DŠ
Strojárske technológie a materiály
Rok prijímania
2026
Meno školiteľa/-ky
Ing. Marek Gebura, PhD.
Kontakt:
Prijímajúca škola
Fakulta špeciálnej techniky TnUAD
Stručná anotácia
Táto dizertačná práca je zameraná na experimentálne a analytické skúmanie laserovej ablácie ako potenciálnej metódy prípravy povrchu pre kondenzátorové priváranie svorníkov (CCDS) vo vákuových podmienkach na vybraných kombináciách základného materiálu a materiálu svorníka. Štúdia sa sústreďuje na plechy z hliníkových zliatin reprezentatívnych pre kozmické konštrukcie a kryogénne alebo nosné komponenty rakiet a satelitov, pričom sa uvažuje priváranie svorníkmi zodpovedajúcimi danej zliatine aj oceľovými svorníkmi triedy A2. Posudzované budú najrelevantnejšie konfigurácie pre servisné zásahy a výrobné operácie na obežnej dráhe.
Hlavným cieľom je vybudovať základné porozumenie účinkov laserového čistenia cez realistické povrchové vrstvy, medzi ktoré patria nátery, anodizované vrstvy a viacvrstvová tepelná izolácia (MLI). Doktorand bude skúmať, ako parametre laserového zväzku (energetická hustota, dĺžka impulzu, vlnová dĺžka, stratégia skenovania) vplývajú na odstránenie povlaku, čiastočné preniknutie alebo modifikáciu vrstiev, a ako sa tieto procesy prejavia na výslednom stave povrchu z hľadiska jeho mikroštruktúry a morfológie (drsnosť, lokálne pretavené oblasti, oxidické vrstvy, zvyšková kontaminácia). Osobitná pozornosť bude venovaná interakcii laserovej ablácie s viacvrstvovými systémami, akými sú MLI prikrývky, pri ktorých môže dochádzať k lokálnemu taveníu, odparovaniu a následnému opätovnému usadzovaniu zložiek polymérneho aj kovového charakteru.
Kľúčovou časťou práce bude prepojenie takto laserom upravených povrchových stavov so správaním CCDS privárania vo vákuových podmienkach. Skúmané bude, ako laserom vyvolané zmeny morfológie a chémie povrchu ovplyvňujú iniciáciu a stabilitu oblúka, vedenie prúdu, kontaktný odpor a prenos energie do oblasti spoja, ako aj to, ako sa premietajú do tvorby zvarového kúpeľa a kvality vytvoreného spoja. Spoľahlivosť a výkonnosť spojov bude hodnotená prostredníctvom mikroštruktúrnej charakterizácie (metalografické rezy, rozloženie intermetalických zlúčenín, výskyt a typológia defektov) a mechanického skúšania (ťahové, šmykové alebo ohybové skúšky podľa vhodnosti), čo umožní vymedziť parametre procesu, pri ktorých laserová predúprava zvyšuje alebo naopak znižuje stabilitu a opakovateľnosť CCDS privárania.
Systematickým prepojením parametrov laserovej ablácie, výsledného stavu povrchu a odozvy CCDS privárania vo vákuu si práca kladie za cieľ formulovať odporúčania pre využitie laserového čistenia ako umožňujúcej predúpravy pri priváraní svorníkov na povrchovo upravenom a MLI-pokrytom kozmickom hardvéri vo vákuu. Výsledky poskytnú vedecký základ pre začlenenie laserovej prípravy povrchu do budúcich operácií servisovania, montáže a opráv na obežnej dráhe, kde je odstránenie alebo cielené prispôsobenie komplexných povrchových vrstiev predpokladom spoľahlivého privárania svorníkov.
Štúdia bude podporená národným projektom ROBSIM a plánuje sa jej prepojenie s pripravovanými návrhmi do výziev APVV a ESA RPA.
Hlavným cieľom je vybudovať základné porozumenie účinkov laserového čistenia cez realistické povrchové vrstvy, medzi ktoré patria nátery, anodizované vrstvy a viacvrstvová tepelná izolácia (MLI). Doktorand bude skúmať, ako parametre laserového zväzku (energetická hustota, dĺžka impulzu, vlnová dĺžka, stratégia skenovania) vplývajú na odstránenie povlaku, čiastočné preniknutie alebo modifikáciu vrstiev, a ako sa tieto procesy prejavia na výslednom stave povrchu z hľadiska jeho mikroštruktúry a morfológie (drsnosť, lokálne pretavené oblasti, oxidické vrstvy, zvyšková kontaminácia). Osobitná pozornosť bude venovaná interakcii laserovej ablácie s viacvrstvovými systémami, akými sú MLI prikrývky, pri ktorých môže dochádzať k lokálnemu taveníu, odparovaniu a následnému opätovnému usadzovaniu zložiek polymérneho aj kovového charakteru.
Kľúčovou časťou práce bude prepojenie takto laserom upravených povrchových stavov so správaním CCDS privárania vo vákuových podmienkach. Skúmané bude, ako laserom vyvolané zmeny morfológie a chémie povrchu ovplyvňujú iniciáciu a stabilitu oblúka, vedenie prúdu, kontaktný odpor a prenos energie do oblasti spoja, ako aj to, ako sa premietajú do tvorby zvarového kúpeľa a kvality vytvoreného spoja. Spoľahlivosť a výkonnosť spojov bude hodnotená prostredníctvom mikroštruktúrnej charakterizácie (metalografické rezy, rozloženie intermetalických zlúčenín, výskyt a typológia defektov) a mechanického skúšania (ťahové, šmykové alebo ohybové skúšky podľa vhodnosti), čo umožní vymedziť parametre procesu, pri ktorých laserová predúprava zvyšuje alebo naopak znižuje stabilitu a opakovateľnosť CCDS privárania.
Systematickým prepojením parametrov laserovej ablácie, výsledného stavu povrchu a odozvy CCDS privárania vo vákuu si práca kladie za cieľ formulovať odporúčania pre využitie laserového čistenia ako umožňujúcej predúpravy pri priváraní svorníkov na povrchovo upravenom a MLI-pokrytom kozmickom hardvéri vo vákuu. Výsledky poskytnú vedecký základ pre začlenenie laserovej prípravy povrchu do budúcich operácií servisovania, montáže a opráv na obežnej dráhe, kde je odstránenie alebo cielené prispôsobenie komplexných povrchových vrstiev predpokladom spoľahlivého privárania svorníkov.
Štúdia bude podporená národným projektom ROBSIM a plánuje sa jej prepojenie s pripravovanými návrhmi do výziev APVV a ESA RPA.