Совещание по вопросу разработки оптических систем для наплавки к лазерным комплексам ЛК-5

Июль 31, 2022

Главная
Разное
Совещание по вопросу разработки оптических систем для наплавки к лазерным комплексам ЛК-5

Содержание

2. Технология лазерной сварки и наплавки металла на поверхность деталей из различных материалов не новая. С 1978
3. В данном случае речь идет именно о непосредственной наплавке, не послойной. При непосредственной наплавке присадочный материал
4. В конструкции современных оптических систем для непосредственной наплавки реализованы два способа подачи порошка совместно с транспортирующим
5. 1 - порошок и газ подаются в зону концентрированного излучения сбоку, попадая в зону излучения массы
6. 2 - по пути от сопла головки к зоне наплавки порошок и транспортирующий инертный газ, который
7. Частично упомянутые недостатки устранены при подаче присадочного материала в виде проволоки с одновременной подачей в зону
8. Данный способ наплавки реализован в автоматических лазерных сварочных комплексах и принтерах. Ниже приведен фильм, где иллюстрирована
9. Ниже приведены фильмы, иллюстрирующие процесс непосредственной наплавки на автоматических лазерных комплексах с использованием порошковых присадочных материалов,
10. Реализованный рассмотренным выше способом процесс лазерной наплавки с использованием присадочного материала в виде порошка и оптических
11. Вопросы: 1 Есть ли бесспорно сильные стороны технологии лазерной наплавки по сравнению с конкурентами? 2 Можно
12. Оптическое излучение, как источник тепла, менее чувствителен к параметрам окружающей среды в зоне наплавки. Давление газа
13. Как один из возможных вариантов одновременного устранения недостатков рассмотренных выше оптических систем для наплавки и положительного
14. Реализовать подобную схему можно используя систему медных зеркал, возможно с золотым покрытием. Слева на рисунке ОС
15. Для обработки внешних поверхностей габариты и конфигурация ОС не имеет принципиального значения, а для обработки внутренних
16. Если существует возможность использовать окна в обоих торцах трубчатой детали, ОС с питателем и зеркалами можно
18. Скачать презентацию

Слайд 2

Технология лазерной сварки и наплавки металла на поверхность деталей из различных

материалов не новая. С 1978 года в СССР начались работы по освоению этого класса технологических процессов в лабораториях при ведущих институтах и крупных машиностроительных предприятиях.
В 1980 году была сформирована крупная лаборатория ЦЛЭЛЛО ЗИЛ, оснащенная лазерами и лазерными обрабатывающими установками советского и зарубежного производства.
За рубежом в этот период времени уже серийно выпускались и применялись лазерные установки для закалки, наплавки, сварки и резки.
Ниже приведен обучающий фильм, который был сделан в этот период времени.

Слайд 3

В данном случае речь идет именно о непосредственной наплавке, не послойной.

При непосредственной наплавке присадочный материал подается в виде порошка или проволоки непосредственно в пятно, на поверхность детали. Способы подачи материала различные, но чаще всего порошок подается совместно с транспортирующим его газом чаще всего инертным. Реже присадочный материал подают вручную, в виде проволоки. Ниже приведен фильм, иллюстрирующий процесс прецизионной наплавки металла на деталь пресс-формы.

Слайд 4

В конструкции современных оптических систем для непосредственной наплавки реализованы два способа

подачи порошка совместно с транспортирующим газом. Оба способа имеют схожие недостатки, ограничивающие применение данной технологии.

Слайд 5

1 - порошок и газ подаются в зону концентрированного излучения сбоку,

попадая в зону излучения массы газа быстро разогреваются, частицы порошка оплавляются и частично испаряются, происходит быстрое увеличение давления газов в этой зоне, в следствии чего остальной газ и порошок, не попавший в зону излучения отбрасывается наружу. При этом частицы порошка, частично оплавленные падают на участки поверхности детали не подлежащие обработке, повреждая их. Это обстоятельство исключает использование данного способа при локальной наплавке и сварке деталей с «готовой» поверхностью. Ниже приведен фильм, где видно значительное количество разогретых частиц порошка, выбрасываемых из зоны наплавки.

Слайд 6

2 - по пути от сопла головки к зоне наплавки порошок

и транспортирующий инертный газ, который выполняет дополнительно функцию защитной атмосферы для наплавленного материала, смешивается с окружающим воздухом. При этом за счет химических реакций с активными компонентами атмосферного воздуха изменяется состав присадочного материала, что приводит к ухудшению свойств наплавленного материала, а в случае использования активных металлов, например алюминиевых сплавов и вовсе делает наплавку невозможной. Ниже приведен фильм, иллюстрирующий наличие на наплавленном металле цветов побежалости, свидетельствующих о наличии тонких диэлектрических пленок соединений металла с кислородом и азотом.

Слайд 7

Частично упомянутые недостатки устранены при подаче присадочного материала в виде проволоки

с одновременной подачей в зону наплавки инертного газа для создания защитной атмосферы. Ниже приведен фильм иллюстрирующий прецизионную наплавку на поверхность детали пресс-формы слоя нержавеющей стали.

Слайд 8

Данный способ наплавки реализован в автоматических лазерных сварочных комплексах и принтерах.

Ниже приведен фильм, где иллюстрирована конструкция и работа принтера компании Inss tek.

Слайд 9

Ниже приведены фильмы, иллюстрирующие процесс непосредственной наплавки на автоматических лазерных комплексах

с использованием порошковых присадочных материалов, в том числе и ремонтную наплавку участков поверхностей крупногабаритных деталей на месте.

Слайд 10

Реализованный рассмотренным выше способом процесс лазерной наплавки с использованием присадочного материала

в виде порошка и оптических систем с подачей «снаружи» является довольно грубым инструментом, обеспечивающим невысокое качество наплавленного материала и не позволяющим проводить локальный ремонт не повреждая остальную поверхность детали.
Основной конкурент такой лазерной наплавки это дуговая наплавка, реализованная на комплексах состоящих из роботизированной системы перемещения и рабочего органа в виде обычной полуавтоматической сварочной машины по методу MIG и MAG. По сути это обычные сварочные роботы, стоимость которых в несколько раз, а чаще на порядок меньше рассмотренных выше лазерных установок, а качество наплавленного материала выше. Ниже представлены фильмы иллюстрирующие процесс дуговой наплавки и трехмерной печати, в том числе и активных металлов, например алюминиевых сплавов.

Слайд 11

Вопросы:
1 Есть ли бесспорно сильные стороны технологии лазерной наплавки по сравнению

с конкурентами?
2 Можно ли использовать имеющиеся комплексы ЛК-5 как основу для установок лазерной наплавки и сварки, при условии, что большинство рассмотренных аналогов реализовано на коротковолновых лазерах, 1 мкм и меньше.
3 Как устранить рассмотренные недостатки конструкции существующих оптических систем, при создании оптических систем для комплексов ЛК-5.
4 Можно ли совместить в случае использования одной ОС процессы лазерного термоупрочнения, наплавки (сварки), возможно нанесения тонких покрытий, возможно поверхностного легирования.
5 возможные конструктивные решения ОС.

Слайд 12

Оптическое излучение, как источник тепла, менее чувствителен к параметрам окружающей среды

в зоне наплавки. Давление газа может изменятся от очень низкого (вакуум, космос) до высокого, специальные условия в барокамерах. Теоретически может работать в жидких средах.
Оптическое излучение не чувствительно к типу материала подложки, в отличие от дуги, которая требует подложки с высокой электропроводностью.
Оптическое излучение может работать с любыми присадочными материалами, в том числе диэлектрическими, как в виде порошков, так в виде проволоки.
При использовании оптического излучения шире спектр газов, которые можно подавать в зону наплавки, что открывает возможность получения пленок из химических соединений металлов или просто легирования поверхности подложки.
Использование оптического излучения позволяет управлять площадью «горячего» пятна, глубиной прогрева материала, температурой, давлением и скоростью потоков газа над поверхностью, что делает возможным реализацию процессов очистки поверхности подложки и нанесения тонких 1-10 мкм слоев металлов, а возможно в несколько слоев с заданной топологией, чего не может реализовать дуговая наплавка.

Слайд 13

Как один из возможных вариантов одновременного устранения недостатков рассмотренных выше оптических

систем для наплавки и положительного использования специфики существующих лазерных комплексов ЛК-5, предлагается рассмотреть оптическую систему, где подача присадочного материала и возможно активного газа производится в центр кольцевой зоны, образованной оптическим излучением и потоком инертного газа, формирующего защитную атмосферу в зоне наплавки. Ниже на рисунке представлена схема предлагаемой оптической системы.

1-капиляр для подачи присадочного материала в виде порошка или проволоки совместно с транспортирующим инертным или активным газом.
2-рубашка жидкостного охлаждения капиляра.
3-границы зоны оптического излучения.
4-поток инертного защитного газа.
5-корпус ОС.
6-поток транспортирующего газа.
7-присадочный материал (капли, пар).
8-поверхность обрабатываемой детали.
9-нагретая область детали.
10-десорбированные с поверхности загрязнения.
11-направление перемещения ОС относительно детали.

Слайд 14

Реализовать подобную схему можно используя систему медных зеркал, возможно с золотым

покрытием. Слева на рисунке ОС для обработки внешних поверхностей, справа для внутренних. Линиями схематически показано направление оптического излучения. Защита поверхности зеркал обеспечивается потоком инертного газа, который подается в корпус ОС, и выходя из выходного отверстия обеспечивает защиту обрабатываемой поверхности от нежелательных активных газов окружающей атмосферы. Все зеркала охлаждаются жидкостью.

Слайд 15

Для обработки внешних поверхностей габариты и конфигурация ОС не имеет принципиального

значения, а для обработки внутренних поверхностей труб, это решающий фактор. Ниже на рисунке показана ОС для монтажа на существующую установку ЛК-5Вт. Данная ОС имеет фиксированное фокусе расстояние и снабжена люнетом.

Слайд 16

Если существует возможность использовать окна в обоих торцах трубчатой детали, ОС

с питателем и зеркалами можно установить на штанге вместе с люнетом. В корпусе штанги предусметреть каналы для подачи охлаждающей жидкости, газов и материала. Излучение можно вводить с противоположного торца. При этом можно существенно уменьшить внутренний диаметр обрабатываемой детали. Ниже рисунок иллюстрирующий ОС на штанге.