Требования и материалы лазерной наплавки

Вступление

Практически все процессы коррозии, роста усталостных трещин (и т.д.), приводящие к отказам изделий, начинаються с поверхности и определяются свойствами относительно тонкого поверхостного слоя. Наплавка является одним из основних методов создания покритий с целью получения специальных свойств на поверхности изделий, а также восстановления изношеных деталей машин. Это позволяет решать одну из наиважнейших задач – обеспечение оптимального соотношения свойств поверхности и обьема материала. В данном случае отпадает необходимость использования обьемно-легированных материалов и появляется возможность в известной степени решить кардинальную задачу машиностроения – повышение надежности и долговечности машин.

В святи с необходимостью интенсификации процес сов металообраотки, основаних на тепловом воздействии, расширяется применение мощных корнцентрированых потоков энергии в виде струи плазмы, електронного луча, а также лазерного излучения [1].

Но смею отметить что лазеры могут использоваться не только в наплавке, а так же при сварке, термообработке, легировании и др.

Первые работы по реализации лазерной наплавки были опубликованы в США. Процесс лазерной наплавки заключается в нанесении на поверхность обрабатываемого изделия покрытия путем расплавления основного и присадочного материалов. Причем основа подплавляется минимально, потому свойства покрытия зависят от свойств присадочного (наплавочного) материала.

В настоящее время разработаны и широко применяются в промышленности различные способы наплавки материалов и металов: электродуговая, плазменная, лазерная, газовая, наплавка токами высокой частоты (ТВЧ), электроконтактная и т.д. [3].

Есть определенные требования которые предъявляют к процессу лазерной наплавки:

1) обеспечение прочного и належного сцепления основного и присадочного металлов;

2) исключение образования пор и трещин;

3) снижение остаточных напряжений и деформаций;

4) уменьшение перешивання основного материала (основы) с металлом наплавки;

5) обеспечение ведения процесса с минимальной глубиной пропавления основы;

6) увеличение коэфифициента использования присадочного материала;

7) снижение стоимости процесса;

8) увеличение производительности и комфортности труда;

А также есть недостатки традиционных способов наплавки:

1) ухудшение свойств наплавленного метала из-за перешивання с основным;

2) деформация изделия, вызываемая високими погонными энергиями;

3) появление трещин в наплавляемом слое;

4) ограничения по сочетанию составов основного и наплавленного метал лов;

5) трудности наплавки на малые поверхности и на поверхности изделий сложной формы [2].

Итак, для лазерной наплавки используют те же наплавочне материалы или же присадки, что и для традиционных методов. Это компактне присадки, выполненые в виде проволоки или ленты, и порошки, а также в виде струи расплавленного металла или листов (сеток). Увеличения поглощательной способности компактных присадок добиваются нанесением специальных поглощающих покрытий типа фосфатов или оксидов. В ряде случаев для увеличения коэффициента поглощения поверхность в процессе лазерной наплавки окисляют за счет добавок кислорода к защитным газам. Как правило, компактные присадки подаются в зону наплавки специальными механизмами, отличающимися повышенной точностью. Все это усложняет технологию и не всегда применимо.

Порошковые материалы (порошки) по сравнению с компактными имеют ряд преимуществ. Они обладают большим коэффициентом поглощения лазерного излучения благодаря разветвленной поверхности и многократному отражению луча от отдельных частиц, что позволяет уменьшить более чем в 1,5 раза энергию, неоходимую для оплавления. Использование порошковых материалов дает возможность регулировать химический состав наплавляемого слоя, а также доставлять порошок в труднодоступные места простыми способами, что важно при изготовлении деталей сложной конфигурации.

В настоящее время широкое применение нашли порошки на основе никеля. К ним относятся: коррозиоино-стойкие; жаростойкие; жаропрочные с карбидным и интерметаллидным упрочнением. Представителями таких сплавов являются порошковые присадочные материалы системы Ni-Cr-B-Si. Такие порошки имеют низкую температуру плавления (960…1000 °С), что способствует уменьшению термического воздействия на деталь в процессе обьемной лазерной наплавки, приводя к значительному снижению уровня остаточных деформаций и напряжений в основе.

Высокие технологические свойства порошковых материалов системы Ni-Cr-B-Si проявляется так же в способности растворять окисную пленку на поверхности основного металла, хорошо смачивая ее. Легирование бором и кремнием обусловливает способность самофлюсования в процессе наплавки, а именно при высоких температурах образуется стекловидное шлаковое покрытие, защищающее металл наплавки от взаимодействия с кислородом и азотом воздуха. Таким образом, эти порошковые материалы не требуют специальной защиты ванны расплава от отрицательного воздействия окружающей среды.

Порошки на кобальтовой основе широко используют в Японии, США, Германии, Англии.

Как правило, лазерную наплавку проводят с применением местной защиты инертными газами, такими как аргон или гелий.

При использовании присадок, содержащих активные элементы, необходимы специальные мероприятия для защиты расплава металла. Например, при применении порошков, имеющих в своем составе TiC, WC, наплавку рекомендуют проводить в вакууме во избежание окисления титана и вольфрама.

Для деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания, используют также порошки на железной основе. К порощкам предъявляются требования по кранулометрическому составу и влажности, в соответствии с которыми порогки разделяют на четыре класса: крупный (К), средний (С), мелкий (М) очень мелкий (ОМ, от 40 до 160 мкм). Влажность порошков не должна превышать 0,1% [4].

Дата добавления: 2015-06-27