Наплавка металла

наплавка металла

При решении проблемы увеличения cрока службы и восстановления подверженных интенсивному износу сложных и дорогостоящих деталей ведущую роль отводят ускоренному внедрению высокоэффективных технологических процессов нанесения металлопокрытий путем наплавки металла [I].

К одному из таких процессов относится лазерная наплавка металла. Перспективность этого процесса определяется простотой автоматизации, бесконтактным воздействием и возможностью обработки в труднодоступных местах. Кроме того, применение лазерного луча при наплавке обеспечивает малое растворение основы в наплавляемом слое, хорошее качество сплавления, тонкую микроструктуру и незначительное количество дефектов.

В связи с высокой стоимостью мощных лазеров большое значение имеет поиск путей повышения производительности процесса лазерной наплавки и расширения его технических возможностей. Наибольший интерес в этом плане представляют: рациональный выбор химического состава наплавочного материала (прутки, лента, порошок и др.), и способа его подачи; увеличение ширины наплавляемого за один проход слоя; создание оптимальной формы области действия лазерного излучения и оптимального распределения мощности по указанной области; поиск возможностей управления формой поперечного сечения валиков.

Среди существующих способов лазерной наплавки можно выделить два основных. Первый состоит в оплавлении лазерным лучом заранее помещенного на обрабатываемую поверхность наплавочного материала в виде фольги, ленты, прутков, порошковых паст, различного рода покрытий (гальванических, плазменных и др.) и требует дополнительной технологической операции. При втором способе наплавочный материал подается в область воздействия излучения непосредственно в процессе наплавки.

При наплавке по первому способу плавление объема наплавляемого материала происходит благодаря теплопроводности от получаемой поверхности нанесенного слоя, что требует определенного перегрева верхней его части. При втором способе наплавляемый материал попадает в уже разогретую зону. Формирование наплавляемого слоя при этом происходит путем постепенного его наращивания от основы к поверхности. Энергозатраты на создание слоя в этом случае существенно меньше [2]. Кроме того, второй способ обеспечивает возможность формирования за один проход наплавленного слоя большей толщины, а так же возможность управления толщиной слоя в процессе наплавки.

Таким образом, второй способ следует считать предпочтительным. При этом наиболее целесообразно применять наплавочный материал в виде порошка, так как коэффициент поглощения лазерного излучения у металлических порошков достигает 50-80% [3], кроме того, они на 15-30% дешевле, чем прутки и лента [4], ими проще варьировать состав и форму наплавляемого слоя.

Традиционное применение в качестве источника нагрева расфокусированного до требуемого уровня плотности мощности лазерного луча как для наплавки, так и для других видов лазерной обработки поверхности имеет следующие недостатки:

Теряется одно из основных преимуществ лазерной обработки при наплавке металла — локальность теплового воздействия. При наплавке меньше возможностей получать качественные покрытия малой толщины.

При равномерном прямолинейном перемещении по обрабатываемой поверхности кругового источника нагрева (расфокусированного луча) энерговклад по ширине трека (рис.1) неодинаков из-за различия времени и интенсивности облучения участков поверхности, лежащих на различном расстоянии от центра трека. Это ограничивает производительность и снижает качество обработки. Время облучения точки с поперечной координатой X, лежащей на треке шириной 2R, равно

наплавка металла

где v — скорость перемещения источника нагрева по обрабатываемой поверхности.

При наплавке различие в наплавлении X во времeни и интенсивности теплового воздействия совместно с различием условий теплоотвода приводит либо к излишнему проплавлению основы в центральной части валика, либо к несплавлению материалов основы и наплавки его по краям [5].

  1. Ширина валиков при лазерной наплавке определяется диаметром расфокусированного луча [2]. С его ростом плотность мощности излучения падает пропорционально I/D2 , что значительно ограничивает ширину наплавки за один проход, так как дня ее осуществления требуется определенный уровень плотности мощности (~103 -105 Вт/см2 для различных материалов). Для наплавки относительно широкого участка необходимо перекрытие валиков, что усложняет процесс и снижает его производительность. В зонах перекрытия часто наблюдаются дефекты в виде пор, неметаллических включений и трещин [5].

Распределение плотности мощности по сечению расфокусированного луча обычно неравномерно и неустойчиво, что снижает качество наплавки [6].

наплавка металла

Рис. I. Схема интенсивности точек поверхности по ширине трека при обработке расфокусированным лучом

Целесообразно применение источника нагрева в виде прямоугольника или полосы. Для лазерной обработки такой источник нагрева можно создать с помощью интегрирующих или криволинейных оптических элементов. Однако их изготовление пока не освоено промышленностью. Кроме того, при использовании таких элементов не устраняется возможность нестабильности распределения плотности мощности излучения по площади источника нагрева.

Избежать в той или иной мере всех указанных недостатков при наплавке металла позволяют подвижные оптические элементы, обеспечивающие сканирование сфокусированного излучения по прямоугольному или полосовому участку обрабатываемой поверхности.

Автор

Виталий Сыроед

Виталий Сыроед

------ Наша официальная группа Вконтакте https://vk.com/club150627016 Обо мне 32 года,женат, есть ребенок.Эксперт по лечению артрозов, артритов и аллергий без таблеток и дорогих добавок. Хобби — изготовление различных полезных приспособлений и предметов, чтение, занятия физ. упражнениями, бег. +380960030982

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *