eng
Выпуск #6/2016
В. Панченко, В.Васильцов, Э.Егоров, И.Ильичев, А.Соловьев, А.Богданов, А.Мисюров, Н.Смирнова
Аддитивные технологии спекания металлических порошков для получения изделий авиационной и машиностроительной промышленности
Аддитивные технологии спекания металлических порошков для получения изделий авиационной и машиностроительной промышленности
Просмотры: 6059
Представлена отечественная установка для аддитивных технологий спекания различных материалов. Установка базируется на мощном (до 2,5 кВт) волноводном СО2-лазере.
DOI:10.22184/1993-7296.2016.60.6.36.47
DOI:10.22184/1993-7296.2016.60.6.36.47
ВВЕДЕНИЕ
Активное развитие технологии лазерного синтеза объемных изделий стало особенно заметным в последние годы. Эта технология обладает рядом существенных преимуществ, одно из которых – сокращение сроков проектирования и создания макетов новой техники. Эти технологии могут быть востребованы металлургической, авиакосмической, автомобильной и другими отраслями промышленности [1–5].
Экспериментальные исследования подтверждают перспективность использования метода послойного селективного лазерного спекания (СЛС) объемных изделий из порошков. В определении метода под селективностью понимается возможность сканирования лазерным лучом свободной поверхности порошкового материала по заданному контуру с учетом дозировки лазерного излучения в каждой точке либо непосредственная подача порошкового материала в зону действия лазерного луча (рис.1–3). Благодаря широкому выбору порошковых материалов можно изготавливать изделия, имеющие высокие эксплуатационные свойства.
Технологии СЛС активно развиваются в последние годы в технологически развитых странах. Несмотря на накопленный значительный опыт теоретических и экспериментальных исследований, в России практически отсутствует серийное производство промышленного оборудования в области СЛС. Стоимость единицы приобретаемого зарубежного оборудования превышает 800 тыс. евро.
Селективное лазерное спекание порошков позволяет изготавливать изделия из достаточно широкого спектра материалов (металлы, керамика, порошкообразные пластики и др.).
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА БАЗЕ ВОЛНОВОДНОГО СО2-ЛАЗЕРА СО СРЕДНЕЙ МОЩНОСТЬЮ ИЗЛУЧЕНИЯ ДО 2,5 кВт
В ИПЛИТ РАН в течение последних лет, опираясь на богатейший опыт технологических работ по модификации поверхности, закалке, наплавке и легированию, разработан лазерный комплекс аддитивных технологий (селективное лазерное спекание – СЛС материалов и изделий из металлических порошков). Комплекс основан на волноводном многоканальном СО2-лазере "Гибрид" (рис.4) со средней мощностью до 2,5 кВт и трехкоординатном столе-манипуляторе [6–8]. Технические характеристики лазера "Гибрид" – технологического волноводного СО2-лазера приведены в табл. 1.
Технологический лазер "Гибрид-1" имеет одномодовое распределение и позволяет сфокусировать излучение в пятне диаметром менее 100 мкм, благодаря чему при соответствующем программном и аппаратном обеспечении можно выращивать детали с высоким пространственным разрешением. Лазер "Гибрид-2" отличается от предыдущего варианта только заменой резонаторных зеркал. Он обеспечивает уникальное однородное распределение плотности мощности на обрабатываемом поле диаметром от 0,5 до 10 мм. На рис.5. представлено измеренное распределение плотности мощности излучения на мишени. В фокусе мы имеем гауссово распределение (линия 1), а на некотором расстоянии за фокусом имеет распределение типа "супергаусс", то есть получаем на картине распределения плотности мощности однородную полочку.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Целью исследований стало изучение возможностей выращивания заготовок с однородной мелкозернистой структурой при лазерном переплаве металлических порошков из жаропрочных сплавов на никелевой основе, разработанных для изготовления сложнопрофильных деталей методом послойного лазерного сплавления. В эксперименте была проведена наплавка материалов из порошков ВКНА-1ВР, ВЖЛ 12У и ВЖ159. Они имеют следующий химический состав, %:
• ВКНА 1ВР основа Ni; Al: 8–9; Cr: 5–6; Hf: 0,4–0,6; Mc: 2,5–4,5; Ti: 1–2; W: 2–4; Si: ≤0,4; Fe: ≤0,5;
• ВЖЛ 12У основа Ni; Co: 5–14,5; Cr: 9–10;
Al: 5,1–5,7; Ti: 4,2–4,7; L10: 2,7–3,4; V: 0,5–1;
Nb: 0,5–1; W: 1–1,8;
• ВЖ 159 Основа Ni; Аl: 1,25–1,55; Mo: 7–8;
Nb: 2,5–3,5; Si: ≤0,8; B: ≤0,005; Fe: ≤3,0;
P: ≤0,013; Mn: ≤0,5; Mg: ≤0,03.
Эти порошки предназначены для изготовления сложнопрофильных деталей газотурбинных двигателей (ГТД) методом послойного лазерного сплавления и для ремонта сложнопрофильных деталей ГТД методом лазерной газопорошковой наплавки. По мнению специалистов ВИАМ, при лазерном переплаве разработанных порошков можно вырастить заготовку с однородной мелкозернистой структурой, получение которой традиционными технологиями литья невозможно.
Анализ макрошлифов показывает, что на указанных режимах (рис.6) наблюдается удовлетворительное формирование отдельных наплавленных валиков. В качестве примера на рис.7. представлены поперечные сечения валиков, полученных при переплаве порошка ВКНА-1ВР. С увеличением скорости наплавки уменьшается ширина и высота наплавленных валиков, глубина подплавления основы растет, а протяженность зоны термического влияния (ЗТВ) уменьшается (табл. 2).
Второй и каждый последующий наплавленный валик формируются за счет перемешивания расплавленного металла предыдущего слоя с металлом, полученным при плавлении порошка. Поэтому по мере увеличения количества валиков их химический состав стабилизируется. Для лазерной наплавки выравнивание состава происходит после выполнения 3–5 слоев. Исходя из этих соображений, анализ микроструктуры проводили, изучая структуру из трех валиков.
В литом наплавленном металле наблюдается ячеистая или ячеисто-дендритная транскристаллитная структура (рис.8). Рост кристаллов происходит в направлении от подложки к поверхности. В микроструктуре литого металла многопроходного слоя не наблюдается существенных отличий от единичного валика.
Рост твердой фазы начинается от оплавленных элементов структуры предыдущего наплавленного слоя. На линии сплавления между отдельными наплавленными валиками наблюдается рост твердой фазы от оплавившихся элементов первичной структуры, что говорит об установлении прочной металлической связи между наплавленным металлом предыдущего и последующего валиков. При соблюдении оптимальных режимов в многослойных наплавках не наблюдается снижения травимости зон сплавления последующего и предыдущего наплавленных валиков.
Кроме того, в месте контакта наплавленных валиков микротвердость не изменяется (рис.9). Это свидетельствует о том, что в зоне термического влияния последующего валика диффузионные процессы не успевают развиваться из-за высоких скоростей нагрева и охлаждения при лазерном воздействии.
С увеличением скорости наплавки происходит измельчение элементов первичной структуры и появление ячеистых дендритов (рис.10). Это свидетельствует о возрастании термоконцентрационного переохлаждения, что полностью согласуется с современными представлениями о формировании первичной структуры в неравновесных условиях. Анализ литой структуры позволяет предположить повышение структурночувствительных свойств с ростом скорости наплавки, что связано с измельчением и "дендритизацией" первичной структуры.
Из-за уменьшения расхода порошка вызывает некоторое укрупнение первичной структуры и отклонение ее от ячеистого строения в сторону ячеистых дендритов (рис.11). Значительного порообразования на металлографических шлифах не наблюдается. Первичная структура наплавленного металла имеет ячеисто-дендритное строение.
Исследование структуры металла, полученного переплавом порошка ВЖЛ 12У, и анализ макрошлифов наплавленных валиков показывает, что, так же как и при использовании порошка ВКНА 1ВР, наплавленные образцы имеют три ярко выраженные зоны. С увеличением скорости наплавки уменьшается ширина и высота наплавленных валиков, а глубина подплавления основы растет. При наплавке единичного валика на подложку наблюдается укрупнение структуры в ЗТВ. С увеличением скорости наплавки протяженность ЗТВ уменьшается (табл. 3).
Исследование структуры металла, полученного переплавом порошка ВЖ 159, показало следующее. При изменении скорости наплавки порошком ВЖ 159 наблюдаются те же тенденции, что и при использовании порошков ВКНА-1ВР и ВЖЛ 12У. Точно так же наплавленные образцы имеют три ярко выраженные зоны: литую зону, металл, подвергшийся термическому влиянию (ЗТВ), и основной металл, не испытавший теплового воздействия. С повышением скорости наплавки уменьшается ширина и высота наплавленных валиков, а глубина подплавления основы растет. При наплавке единичного валика на подложку наблюдается укрупнение структуры в ЗТВ, а с увеличением скорости наплавки протяженность ЗТВ уменьшается.
ВЫВОДЫ
Таким образом, при лазерном переплаве порошков из жаропрочных сплавов на никелевой основе марок ВКНА-1ВР, ВЖЛ 12У и ВЖ159 образуется прочноплотная структура, строение которой позволят прогнозировать высокие структурночувствительные свойства. В литом металле отсутствуют поры и трещиноподобные дефекты. В микроструктуре литого металла многопроходного слоя нет существенных отличий по сравнению с единичным валиком.
В распределении микротвердости по толщине наплавленного валика в ЗТВ наблюдается провал пластичности. Это может свидетельствовать о сравнительно мощном термическом воздействии на подложку в процессе наплавки, что следует учитывать при назначении режимов лазерной обработки в случае выращивания объемной детали. Поэтому в дальнейшем необходимо провести исследования для уточнения параметров лазерного излучения.
При выборе режима наплавки в будущем следует провести оптимизацию параметров процесса лазерной наплавки, так как наблюдается некоторое противоречие между объемом наплавленного металла, а следовательно, и производительностью процесса, и предполагаемыми свойствами литого металла.
СВАРКА ПО ЗАЗОРУ
Наряду с уже внедренными в производство технологиями наплавки порошков для восстановления изношенных деталей, создания и прототипирования различных деталей в последнее время рассматриваются возможности аддитивной технологии сварки по зазору с лазерной наплавкой металлических порошков [9]. Такая технология по сравнению с лазерной сваркой с глубоким проплавлением имеет целый ряд существенных преимуществ. Например, к ней не предъявляются жесткие требования по величине зазора между свариваемыми поверхностями, а лазерное послойное наплавление металлического порошка в зазоре может обеспечивать сварку больших толщин.
Проведено моделирование и оптимизация основных технологических параметров для сварки по зазору с лазерной наплавкой металлических порошков. Для случая нанесения порошка через дозатор проанализирована зависимость коэффициента поглощения частиц порошка от их радиуса. Определены оптимальные величины скорости частиц и массовой скорости дозатора. На рис.12. приведены предварительные экспериментальные результаты.
В России дан старт развитию аддитивных технологий. По мнению Дмитрия Рогозина, заместителя председателя Правительства РФ, аддитивные технологии – это, по сути, новая промышленная революция шестого технологического уклада, о котором так много говорят эксперты. Для использования широких возможностей аддитивного производства необходимо вести фундаментальные и фундаментально-ориентированные исследования. Подчеркнем, что успех внедрения результатов работ по модификации поверхности, закалке, наплавке и легированию напрямую зависит от материалов, с которыми предстоит работать. Академик РАН Евгений Каблов, генеральный директор ВИАМ, открывая Международную конференцию "Аддитивные технологии: настоящее и будущее", отметил, что мировыми лидерами в области аддитивных технологий являются США, страны Евросоюза и Япония. Кроме того, в 22 странах уже созданы национальные ассоциации по аддитивным технологиям, объединенные в альянс GARPA" и добавил, что корпорация "Боинг" благодаря 3D-печати изготавливает более 22 тысяч деталей 300 наименований для 10 марок коммерческих и военных самолетов. Чтобы исключить критическую зависимость от технологий и промышленной продукции этих стран необходимо реализовывать собственные проекты.
ЛИТЕРАТУРА
1. Панченко В.Я., Васильцов В.В., Грезев А.Н., Галушкин М.Г. и др. Лазерное спекание металлических порошков для изготовления изделий машиностроения с градиентными свойствами. – Сварочное производство, 2011, № 12, с.10–14.
2. Евсеев А.В., Новиков М.М., Панченко В.Я., Низьев В.Г., Васильцов В.В. Лазерные технологии быстрого прототипирования и прямой фабрикации трехмерных объектов, Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок /Под. ред. В.Я.Панченко. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009.
3. Васильцов В.В., Галушкин М.Г., Ильичев И.Н., Мисюров А.И., Панченко В.Я. Послойная лазерная наплавка металлических порошков: аналитическая теория и эксперимент. – Вестник МГТУ, 2012, № 5, с.69–77.
4. Panchenko V.Ya., Vasiltsov V.V., Galushkin M.G., Iichev I.N. and Misyurov A.I. Main Thermophysical Processes in Laser Beam Buildur Welding of Metal Powders. – Inorganie Materials: Applied Reseaech, 2014, v.5, № 3. p.199–203.
5. Панченко В.Я., Александров В.О., Васильцов В.В., Галушкин М.Г., Егоров Э.Н. и др. Разработка оборудования и технологии селективного лазерного спекания (CЛС).– В кн.: Современные лазерно-информационные технологии /Под ред. В.Я.Панченко и Ф.В.Лебедева. – М.: Интерконтакт Наука, 2015.
6. Патент N 2410810 РФ. Электроразрядный многоканальный лазер с диффузионным охлаждением рабочей смеси. Александров В.О., Васильцов В.В., Панченко В.Я.
7. Vasiltsov V.V., Grezev A.N., Evseev A.V., Panchenko V.Ya., Belavin K.E. et al. Development of technologies for layer-by-layer laser synthesis of 3D parts in Russia and Belarus. – Proc. of SPIE, 2007, v.6731, p.164–169.
8. Panchenko V.Ya., Vasiltsov V.V., Galushkin M.G., Ilyichev I.N., Misyurov A.I. Main thermophysical processes in laser beam buildup welding of metal powders. – Inorganic Materials: Applied Research, 2014, v.5, № 3, p. 199–203.
9. Васильцов В.В., Галушкин М.Г., Егоров Э.Н., Соловьёв А.В., Панченко В.Я. Селективное лазерное спекание металлических порошков: эксперименты и теория. – В кн.: Лазеры в науке, технике, медицине /Под ред. В.А.Петрова. – М: МНТОРЭС им. А.С. Попова, 2013, т. 24, с.76–81.
Активное развитие технологии лазерного синтеза объемных изделий стало особенно заметным в последние годы. Эта технология обладает рядом существенных преимуществ, одно из которых – сокращение сроков проектирования и создания макетов новой техники. Эти технологии могут быть востребованы металлургической, авиакосмической, автомобильной и другими отраслями промышленности [1–5].
Экспериментальные исследования подтверждают перспективность использования метода послойного селективного лазерного спекания (СЛС) объемных изделий из порошков. В определении метода под селективностью понимается возможность сканирования лазерным лучом свободной поверхности порошкового материала по заданному контуру с учетом дозировки лазерного излучения в каждой точке либо непосредственная подача порошкового материала в зону действия лазерного луча (рис.1–3). Благодаря широкому выбору порошковых материалов можно изготавливать изделия, имеющие высокие эксплуатационные свойства.
Технологии СЛС активно развиваются в последние годы в технологически развитых странах. Несмотря на накопленный значительный опыт теоретических и экспериментальных исследований, в России практически отсутствует серийное производство промышленного оборудования в области СЛС. Стоимость единицы приобретаемого зарубежного оборудования превышает 800 тыс. евро.
Селективное лазерное спекание порошков позволяет изготавливать изделия из достаточно широкого спектра материалов (металлы, керамика, порошкообразные пластики и др.).
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА БАЗЕ ВОЛНОВОДНОГО СО2-ЛАЗЕРА СО СРЕДНЕЙ МОЩНОСТЬЮ ИЗЛУЧЕНИЯ ДО 2,5 кВт
В ИПЛИТ РАН в течение последних лет, опираясь на богатейший опыт технологических работ по модификации поверхности, закалке, наплавке и легированию, разработан лазерный комплекс аддитивных технологий (селективное лазерное спекание – СЛС материалов и изделий из металлических порошков). Комплекс основан на волноводном многоканальном СО2-лазере "Гибрид" (рис.4) со средней мощностью до 2,5 кВт и трехкоординатном столе-манипуляторе [6–8]. Технические характеристики лазера "Гибрид" – технологического волноводного СО2-лазера приведены в табл. 1.
Технологический лазер "Гибрид-1" имеет одномодовое распределение и позволяет сфокусировать излучение в пятне диаметром менее 100 мкм, благодаря чему при соответствующем программном и аппаратном обеспечении можно выращивать детали с высоким пространственным разрешением. Лазер "Гибрид-2" отличается от предыдущего варианта только заменой резонаторных зеркал. Он обеспечивает уникальное однородное распределение плотности мощности на обрабатываемом поле диаметром от 0,5 до 10 мм. На рис.5. представлено измеренное распределение плотности мощности излучения на мишени. В фокусе мы имеем гауссово распределение (линия 1), а на некотором расстоянии за фокусом имеет распределение типа "супергаусс", то есть получаем на картине распределения плотности мощности однородную полочку.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Целью исследований стало изучение возможностей выращивания заготовок с однородной мелкозернистой структурой при лазерном переплаве металлических порошков из жаропрочных сплавов на никелевой основе, разработанных для изготовления сложнопрофильных деталей методом послойного лазерного сплавления. В эксперименте была проведена наплавка материалов из порошков ВКНА-1ВР, ВЖЛ 12У и ВЖ159. Они имеют следующий химический состав, %:
• ВКНА 1ВР основа Ni; Al: 8–9; Cr: 5–6; Hf: 0,4–0,6; Mc: 2,5–4,5; Ti: 1–2; W: 2–4; Si: ≤0,4; Fe: ≤0,5;
• ВЖЛ 12У основа Ni; Co: 5–14,5; Cr: 9–10;
Al: 5,1–5,7; Ti: 4,2–4,7; L10: 2,7–3,4; V: 0,5–1;
Nb: 0,5–1; W: 1–1,8;
• ВЖ 159 Основа Ni; Аl: 1,25–1,55; Mo: 7–8;
Nb: 2,5–3,5; Si: ≤0,8; B: ≤0,005; Fe: ≤3,0;
P: ≤0,013; Mn: ≤0,5; Mg: ≤0,03.
Эти порошки предназначены для изготовления сложнопрофильных деталей газотурбинных двигателей (ГТД) методом послойного лазерного сплавления и для ремонта сложнопрофильных деталей ГТД методом лазерной газопорошковой наплавки. По мнению специалистов ВИАМ, при лазерном переплаве разработанных порошков можно вырастить заготовку с однородной мелкозернистой структурой, получение которой традиционными технологиями литья невозможно.
Анализ макрошлифов показывает, что на указанных режимах (рис.6) наблюдается удовлетворительное формирование отдельных наплавленных валиков. В качестве примера на рис.7. представлены поперечные сечения валиков, полученных при переплаве порошка ВКНА-1ВР. С увеличением скорости наплавки уменьшается ширина и высота наплавленных валиков, глубина подплавления основы растет, а протяженность зоны термического влияния (ЗТВ) уменьшается (табл. 2).
Второй и каждый последующий наплавленный валик формируются за счет перемешивания расплавленного металла предыдущего слоя с металлом, полученным при плавлении порошка. Поэтому по мере увеличения количества валиков их химический состав стабилизируется. Для лазерной наплавки выравнивание состава происходит после выполнения 3–5 слоев. Исходя из этих соображений, анализ микроструктуры проводили, изучая структуру из трех валиков.
В литом наплавленном металле наблюдается ячеистая или ячеисто-дендритная транскристаллитная структура (рис.8). Рост кристаллов происходит в направлении от подложки к поверхности. В микроструктуре литого металла многопроходного слоя не наблюдается существенных отличий от единичного валика.
Рост твердой фазы начинается от оплавленных элементов структуры предыдущего наплавленного слоя. На линии сплавления между отдельными наплавленными валиками наблюдается рост твердой фазы от оплавившихся элементов первичной структуры, что говорит об установлении прочной металлической связи между наплавленным металлом предыдущего и последующего валиков. При соблюдении оптимальных режимов в многослойных наплавках не наблюдается снижения травимости зон сплавления последующего и предыдущего наплавленных валиков.
Кроме того, в месте контакта наплавленных валиков микротвердость не изменяется (рис.9). Это свидетельствует о том, что в зоне термического влияния последующего валика диффузионные процессы не успевают развиваться из-за высоких скоростей нагрева и охлаждения при лазерном воздействии.
С увеличением скорости наплавки происходит измельчение элементов первичной структуры и появление ячеистых дендритов (рис.10). Это свидетельствует о возрастании термоконцентрационного переохлаждения, что полностью согласуется с современными представлениями о формировании первичной структуры в неравновесных условиях. Анализ литой структуры позволяет предположить повышение структурночувствительных свойств с ростом скорости наплавки, что связано с измельчением и "дендритизацией" первичной структуры.
Из-за уменьшения расхода порошка вызывает некоторое укрупнение первичной структуры и отклонение ее от ячеистого строения в сторону ячеистых дендритов (рис.11). Значительного порообразования на металлографических шлифах не наблюдается. Первичная структура наплавленного металла имеет ячеисто-дендритное строение.
Исследование структуры металла, полученного переплавом порошка ВЖЛ 12У, и анализ макрошлифов наплавленных валиков показывает, что, так же как и при использовании порошка ВКНА 1ВР, наплавленные образцы имеют три ярко выраженные зоны. С увеличением скорости наплавки уменьшается ширина и высота наплавленных валиков, а глубина подплавления основы растет. При наплавке единичного валика на подложку наблюдается укрупнение структуры в ЗТВ. С увеличением скорости наплавки протяженность ЗТВ уменьшается (табл. 3).
Исследование структуры металла, полученного переплавом порошка ВЖ 159, показало следующее. При изменении скорости наплавки порошком ВЖ 159 наблюдаются те же тенденции, что и при использовании порошков ВКНА-1ВР и ВЖЛ 12У. Точно так же наплавленные образцы имеют три ярко выраженные зоны: литую зону, металл, подвергшийся термическому влиянию (ЗТВ), и основной металл, не испытавший теплового воздействия. С повышением скорости наплавки уменьшается ширина и высота наплавленных валиков, а глубина подплавления основы растет. При наплавке единичного валика на подложку наблюдается укрупнение структуры в ЗТВ, а с увеличением скорости наплавки протяженность ЗТВ уменьшается.
ВЫВОДЫ
Таким образом, при лазерном переплаве порошков из жаропрочных сплавов на никелевой основе марок ВКНА-1ВР, ВЖЛ 12У и ВЖ159 образуется прочноплотная структура, строение которой позволят прогнозировать высокие структурночувствительные свойства. В литом металле отсутствуют поры и трещиноподобные дефекты. В микроструктуре литого металла многопроходного слоя нет существенных отличий по сравнению с единичным валиком.
В распределении микротвердости по толщине наплавленного валика в ЗТВ наблюдается провал пластичности. Это может свидетельствовать о сравнительно мощном термическом воздействии на подложку в процессе наплавки, что следует учитывать при назначении режимов лазерной обработки в случае выращивания объемной детали. Поэтому в дальнейшем необходимо провести исследования для уточнения параметров лазерного излучения.
При выборе режима наплавки в будущем следует провести оптимизацию параметров процесса лазерной наплавки, так как наблюдается некоторое противоречие между объемом наплавленного металла, а следовательно, и производительностью процесса, и предполагаемыми свойствами литого металла.
СВАРКА ПО ЗАЗОРУ
Наряду с уже внедренными в производство технологиями наплавки порошков для восстановления изношенных деталей, создания и прототипирования различных деталей в последнее время рассматриваются возможности аддитивной технологии сварки по зазору с лазерной наплавкой металлических порошков [9]. Такая технология по сравнению с лазерной сваркой с глубоким проплавлением имеет целый ряд существенных преимуществ. Например, к ней не предъявляются жесткие требования по величине зазора между свариваемыми поверхностями, а лазерное послойное наплавление металлического порошка в зазоре может обеспечивать сварку больших толщин.
Проведено моделирование и оптимизация основных технологических параметров для сварки по зазору с лазерной наплавкой металлических порошков. Для случая нанесения порошка через дозатор проанализирована зависимость коэффициента поглощения частиц порошка от их радиуса. Определены оптимальные величины скорости частиц и массовой скорости дозатора. На рис.12. приведены предварительные экспериментальные результаты.
В России дан старт развитию аддитивных технологий. По мнению Дмитрия Рогозина, заместителя председателя Правительства РФ, аддитивные технологии – это, по сути, новая промышленная революция шестого технологического уклада, о котором так много говорят эксперты. Для использования широких возможностей аддитивного производства необходимо вести фундаментальные и фундаментально-ориентированные исследования. Подчеркнем, что успех внедрения результатов работ по модификации поверхности, закалке, наплавке и легированию напрямую зависит от материалов, с которыми предстоит работать. Академик РАН Евгений Каблов, генеральный директор ВИАМ, открывая Международную конференцию "Аддитивные технологии: настоящее и будущее", отметил, что мировыми лидерами в области аддитивных технологий являются США, страны Евросоюза и Япония. Кроме того, в 22 странах уже созданы национальные ассоциации по аддитивным технологиям, объединенные в альянс GARPA" и добавил, что корпорация "Боинг" благодаря 3D-печати изготавливает более 22 тысяч деталей 300 наименований для 10 марок коммерческих и военных самолетов. Чтобы исключить критическую зависимость от технологий и промышленной продукции этих стран необходимо реализовывать собственные проекты.
ЛИТЕРАТУРА
1. Панченко В.Я., Васильцов В.В., Грезев А.Н., Галушкин М.Г. и др. Лазерное спекание металлических порошков для изготовления изделий машиностроения с градиентными свойствами. – Сварочное производство, 2011, № 12, с.10–14.
2. Евсеев А.В., Новиков М.М., Панченко В.Я., Низьев В.Г., Васильцов В.В. Лазерные технологии быстрого прототипирования и прямой фабрикации трехмерных объектов, Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок /Под. ред. В.Я.Панченко. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009.
3. Васильцов В.В., Галушкин М.Г., Ильичев И.Н., Мисюров А.И., Панченко В.Я. Послойная лазерная наплавка металлических порошков: аналитическая теория и эксперимент. – Вестник МГТУ, 2012, № 5, с.69–77.
4. Panchenko V.Ya., Vasiltsov V.V., Galushkin M.G., Iichev I.N. and Misyurov A.I. Main Thermophysical Processes in Laser Beam Buildur Welding of Metal Powders. – Inorganie Materials: Applied Reseaech, 2014, v.5, № 3. p.199–203.
5. Панченко В.Я., Александров В.О., Васильцов В.В., Галушкин М.Г., Егоров Э.Н. и др. Разработка оборудования и технологии селективного лазерного спекания (CЛС).– В кн.: Современные лазерно-информационные технологии /Под ред. В.Я.Панченко и Ф.В.Лебедева. – М.: Интерконтакт Наука, 2015.
6. Патент N 2410810 РФ. Электроразрядный многоканальный лазер с диффузионным охлаждением рабочей смеси. Александров В.О., Васильцов В.В., Панченко В.Я.
7. Vasiltsov V.V., Grezev A.N., Evseev A.V., Panchenko V.Ya., Belavin K.E. et al. Development of technologies for layer-by-layer laser synthesis of 3D parts in Russia and Belarus. – Proc. of SPIE, 2007, v.6731, p.164–169.
8. Panchenko V.Ya., Vasiltsov V.V., Galushkin M.G., Ilyichev I.N., Misyurov A.I. Main thermophysical processes in laser beam buildup welding of metal powders. – Inorganic Materials: Applied Research, 2014, v.5, № 3, p. 199–203.
9. Васильцов В.В., Галушкин М.Г., Егоров Э.Н., Соловьёв А.В., Панченко В.Я. Селективное лазерное спекание металлических порошков: эксперименты и теория. – В кн.: Лазеры в науке, технике, медицине /Под ред. В.А.Петрова. – М: МНТОРЭС им. А.С. Попова, 2013, т. 24, с.76–81.
Отзывы читателей
