Науково-технологічні основи лазерних і гібридних процесів наплавлення та модифікації поверхонь металевих виробів - Автореферат

До переваг перших відносяться висока продуктивність і порівняно невелика собівартість (як показано, наприклад, в роботах Ю.С.Борисова), до переваг других (роботи О.К.Назаренка, Б.А.Мовчана) і третіх (роботи Л.Ф.Головка, В.П.Ліхошви) - висока стабільність і локальність термічного впливу на матеріал, що оброблюється. В останнє десятиріччя відбувається підвищення зацікавленості дослідників у розробці і промисловому застосуванні лазерних технологій обробки поверхні. Вирішення цієї складної проблеми є неможливим без проведення комплексу досліджень процесів лазерної, гібридної та комбінованої обробки поверхонь деталей; розвитку наукових основ цих процесів з метою створення універсальної методики вибору параметрів технологічних режимів і прийомів, які забезпечують потрібні якість, функціональні характеристики і властивості деталей при наплавленні і модифікуванні їх поверхонь. Метою дисертаційної роботи є розвиток науково-технологічних основ процесів наплавлення і модифікування поверхонь металевих виробів з використанням лазерного випромінювання шляхом дослідження теплових і фізико-металургійних явищ, що супроводжують вказані процеси; створення на цій базі узагальненої розрахунково-експериментальної методики попереднього оцінювання і вибору параметрів технологічних режимів, які забезпечують потрібні якість і функціональні характеристики поверхонь деталей, що оброблюються. в результаті теоретичних і експериментальних досліджень теплових процесів при лазерній обробці металевих поверхонь показано, що в умовах сталого режиму енергія, яка витрачається на нагрівання і зміну фазового стану системи «наплавлений або модифікований шар - основний метал», становить (по відношенню до енергії випромінювання, що падає) від 15% для сплавів на Fe-основі до 30% для сплавів на Ni-основі при довжині хвилі ?=10,6 мкм і від 40% для Fe-сплавів до 60% для Ni-сплавів при ?=1,06 мкм; у випадку гібридної обробки до цієї енергії додається енергія дугового джерела тепла, яка становить близько 50% електричної енергії дуги непрямої дії або близько 75% для дуги прямої дії;Встановлено, що пошук оптимальних режимів обробки металевих поверхонь за допомогою лазерного випромінювання доцільно вести в таких діапазонах варіювання параметрів: потужність Р=800…5000 Вт для випромінювання з довжиною хвилі ?=10,6 мкм, Р=100…4000 Вт - для ?=1,06 мкм і Р=50…2000 Вт - ?=0,808/0,940 мкм; швидкість V=20…300 м/год; діаметр плями фокусування DП=0,5…5,0 мм; масові витрати присаджувального матеріалу GП=0,1…1,0 г/с. Таким чином, аналіз сучасного стану розвитку лазерних технологій в галузі інженерії поверхні показав, що наукові основи лазерних і гібридних процесів були закладені такими дослідниками, як W.M.Steen, Y.Arata, G.Sepold, C.L.M.Coddet, А.Г.Григорьянц, В.С.Коваленко, О.А.Величко та ін. Аналіз балансу енергії при лазерному наплавленні дозволив розробити схему, приведену на рис.1, згідно якої енергія лазерного джерела розподіляється наступним чином Для визначення розподілу температурного поля в системі «наплавлений шар - ОМ» товщиною Н (рис.2,а) використовуються наступні припущення: 1) висота наплавленого або модифікованого шару h, а також глибина, на якої відбувається помітна зміна температурного поля в системі «наплавлений шар - ОМ», є значно меншою за поперечні розміри теплового джерела DП (), що із достатньою точністю дозволяє розглядати процес теплопереносу в рамках одномірного (по глибині) наближення для одержання необхідної оцінки розподілу температур T(z,t); Енергія лазерного випромінювання, яка витрачається на нагрівання системи «наплавлений або модифікований шар - ОМ» і її поверхневе випаровування, становить від 15% для сплавів на Fe-основі до 30% для сплавів на Ni-основі при довжині хвилі ?=10,6 мкм і від 40% для Fe-сплавів до 60% для Ni-сплавів при ?=1,06 мкм.З метою підвищення якості та службових властивостей поверхонь металевих виробів створено науково-технологічні засади для вибору найбільш ефективного способу наплавлення або модифікування поверхні з використанням лазерного випромінювання, які базуються на управлінні формуванням напружено-деформованого стану оброблених шарів за рахунок цілеспрямованого змінення термічного циклу обробки, з урахуванням теплофізичних властивостей матеріалів, шляхом застосування спеціальних технологічних прийомів, використання додаткових теплових джерел тощо. Створена узагальнена розрахунково-експериментальна методика визначення параметрів технологічних режимів процесів лазерного, гібридного і комбінованого наплавлення або модифікування поверхонь металевих виробів дає можливість обирати найкращу схему обробки, умови її реалізації, а також тип присаджувального матеріалу на підставі експлуатаційних вимог до виробу і техніко-економічних показників процесу; забезпечує прийнятну точність попередньої розрахункової оцінки параметрів режиму і можливість його остаточного експериментального корегування за одним-двома технологічними параметрами. Дослідження балансу енергії у випадку сталого режиму, а також теплових процесів при л

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ