Automatic Welding, 2015, №06



2015 №06 (04)

2015 №06 (06)

---

Автоматическая сварка, № 5-6, 2015, с. 30-33
 

Современное состояние и перспективы развития технологий лазерной и гибридной наплавки (Обзор)

В.Ю. Хаскин, В.Д. Шелягин, А.В. Бернацкий

ИЭС им. Е.О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
 
Реферат
В работе рассматривается развитие процессов лазерной и комбинированной (например, лазерно-плазменной) наплавки. Показано, что в этих процессах за счет подачи наплавочного материала (в основном в виде порошка, реже — в виде проволоки) в зону действия сфокусированного в пятно диаметром 1,0…5,0 мм лазерного излучения на обрабатываемой поверхности создается наплавленный слой определенной высоты с заданными физико-химическими характеристиками. Рассматриваемые процессы имеют ряд преимуществ и недостатков. К преимуществам относятся: возможность нанесения слоев с заданными свойствами высотой 0,1...3,0 мм; значительное ослабление эффекта перераспределения компонентов из материала основы в наплавленный слой, способствующее повышению точности прогнозирования результатов и максимальному приближению свойств наплавленного слоя к исходным свойствам наплавляемого материала; получение равноосных мелкокристаллических (высокодисперсных) структур наплавленного металла и малой (до 0,1…0,5 мм) зоны термического влияния; минимизация припуска под финишную механическую обработку до величин порядка 0,3…0,5 мм на сторону за счет малой шероховатости (до Ra 200…300 мкм) наплавленных поверхностей. К недостаткам можно отнести: наличие поперечных холодных микротрещин в наплавленных слоях, появление которых является следствием релаксации высоких внутренних напряжений растяжения; возможность образования как внутренних, так и наружных пор, связанная с неметаллическими включениями и остаточной влажностью наплавочного порошка, а также наличием загрязнения наплавляемой поверхности; относительную дороговизну процесса, связанную со сравнительно высокой себестоимостью лазерного оборудования. Показано, что к основным тенденциям развития технологии лазерной наплавки в промышленно развитых странах относятся: получение коррозионно- и износостойких покрытий с повышенными физико-механическими характеристиками; синтез трехмерных объектов; создание тонких наплавленных слоев, обладающих специальными свойствами. Перспективы дальнейшего развития лазерных и лазерно-плазменных (лазерно-дуговых) процессов наплавки связаны с возможностью устранения недостатков, присущих каждой из составляющих в отдельности, за счет взаимодействия этих составляющих. Библиогр. 16, рис. 3.
 
Ключевые слова: лазерные технологии, наплавка, гибридные и комбинированные процессы, промышленное применение, оборудование, материалы, перспективы
 
Поступила в редакцию 08.04.2015
Подписано в печать 27.05.2015
 
1. Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн. 3. Способы поверхностной лазерной обработки: Учеб. пособие для вузов / А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов; под ред. А.Г. Григорьянца. – М.: Высш. шк., 1987. – 191 с.
2. Лазерная наплавка цилиндрических деталей порошковыми материалами / О.А. Величко, П.Ф. Аврамченко, И.В. Молчан, В.Д. Паламарчук // Автомат. сварка. – 1990. – № 1. – С. 59–65.
3. Laserstrahlschwei?en mit pulverformigem Schwei?zusatz / Edelstahl-Mechanik GmbH // Praktiker. – 2007. № 3. – P. 68–69.
4. Автоматические порошковые питатели и технология лазерной наплавки / Zeng Xaoyan, Zhu Beidi, Tao Zengyi et al. // Chin. J. Lasers. – 1993. – 20, № 3. – P. 210–214., кит., рез. англ.
5. Похмурська Г.В. Утворення тріщин у газотермічних покривах залежно від умов їх лазерного переплавлювання // Фізико-хімічна механіка матеріалів. – 2003. № 1. – С. 59–62.
6. Чекурін В.Ф., Похмурська Г.В. Математична модель розтріскування лазерно модифікованих металопорошкових покривів // Там же. – 2004. – № 5. – С. 18–22.
7. Гофман Я. Восстановление сменных деталей с помощью лазерных технологий // Автомат. сварка. – 2001. – № 12. – С. 37–38.
8. Технические возможности современных твердотельных лазеров / А. Конюшин, В. Маняк, Р. Хольц, Г. Легуин) // Фотоника. – 2009. – № 2. – С. 22–23.
9. Промышленная лазерная наплавка: современное состояние и тенденции / Е. М. Биргер, Г. В. Москвитин, А. Н. Поляков, В. Е. Архипов,// Свароч. производство. – 2009. – № 9. – С. 3–8.
10. Laser-arc discharge: Theory and applications / V.S. Gvozdetsky, I.V. Krivtsun, M.I. Chizhenko et al. // Welding and Surfacing Rev. – Harwood Academic Publ. – 1995. – 3. – 148 p.
11. Hai-ou Zhang, Ying-ping Qian, Gui-lan Wang. Study of rapid and direct thick coating deposition by hybrid plasma-laser manufacturing // Surface & Coatings Technology. – 2006. – 201. – P. 1739–1744.
12. Повышение эффективности плазменной обработки материалов при введении дополнительного источника энергии в виде лазерного излучения / Е.А. Чащин, А.В. Федин, А.А. Митрофанов, И.В. Шилов // Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования. Т.8: Сб. тр. Третьей междунар. науч.-практ. конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», 14–17 марта 2007 г., С.-Пб., Россия / Под ред. А.П. Кудинова, Г.Г. Матвиенко. С.-Пб.: Изд-во политех. ун-та, 2007. – С. 119–120.
13. Шелягин В.Д., Хаскин В.Ю., Переверзев Ю.Н. Лазерно-микроплазменное легирование и нанесение покрытий на стали// Автомат. сварка. – 2006. – № 2 – С. 3–6.
14. Wilden J., Bergmann J.P., Dolles M. Riporti superficiali laser:aumento di efficienza e flessibilita tramite processi ibridi // Riv. Ital. Saldatura. – 2005. – № 6, Novembre/Dicembre – P. 809–816.
15. Гибридные технологии лазерной наплавки: Учеб. пособие. / А.М. Забелин, И.Н. Шиганов, А.М. Чирков, Ю.А. Хрусталев. – М.: Изд-во МГОУ, 2007. – 126 с.
16. Лазерно-плазменные технологии обработки поверхности / В.В. Мелюков, А.М. Чирков // Beam tecnologies. Laser application. Proc. of the Fifth Intern. Conf., 23–28, Sept., 2006, S.-Petersburg, Russia. P. 236–240.