Способ трехстадийной лазерной наплавки



Способ трехстадийной лазерной наплавки
Способ трехстадийной лазерной наплавки

Владельцы патента RU 2736126:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) (RU)

Изобретение относится к способу трехстадийной лазерной наплавки и может найти применение в машиностроении. Одновременно с перемещением детали по оси X с постоянной скоростью V=10-30 мм/с относительно лазера осуществляют предварительный нагрев наплавляемого участка поверхности детали до температуры 350-550°С путем облучения первым лазерным пятном по оси X диаметром 10-12 мм при плотности мощности лазерного облучения (0,8÷1,27)×103 Вт/см2. Вторым лазерным пятном по оси X диаметром 3-5 мм, находящимся на расстоянии d=0,5-1,5 мм от первого пятна, при плотности мощности лазерного облучения равным (5÷28)×103 Вт/см2 выполняют наплавку порошкового материала на основе железа, или никеля, или кобальта, или смеси этих материалов. Третьим лазерным пятном по оси X, диаметром 12-14 мм, находящимся на расстоянии d=0,5-1,5 мм от второго лазерного пятна, при плотности мощности лазерного облучения равным (0,65÷0,8)×103 Вт/см2 выполняют окончательный нагрев наплавленного участка до температуры 350-400°С. Технический результат изобретения заключается в повышении качества бездефектной наплавки и расширении диапазона использования для наплавки материалов (высокохромистые чугуны, никельхромборкремниевые, хромокобальтовые сплавы). 1 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам поверхностной обработки материалов для повышения износостойкости поверхностей трения, легирования и наплавки порошковыми покрытиями с использованием лазерной наплавки.

Известен способ лазерной наплавки износостойких покрытий, при котором наплавку выполняют лазерной головкой порошкового материала с использованием защитного газа (US 4814575 А, В23К 26/00, 21.03.1989). Основной проблемой при нанесении износостойких покрытий лазерной наплавкой является склонность полученного покрытия к трещинообразованию.

Для предотвращения образования трещин в наплавленном слое, применяют следующие меры: предварительный подогрев изделия до температуры 350-550°С, сопутствующий подогрев во время наплавки для поддержания заданной температуры нагрева основного материала; нагрев изделий непосредственно после наплавки (Хасуи А., Моригаки О. «Наплавка и напыление». М.: Машиностроение. 1985. 240 с.) Однако все эти меры связаны с большими затратами энергии и сокращают производительность процесса.

Известен «Способ лазерной наплавки сталей» (Патент РФ №2032512 кл. В23К 26/00 от 14.04.1995 г.). Способ предусматривает предварительный нагрева изделия до температуры 550-700°С, расплавление лазерным лучом износостойкого порошкового материала, подаваемого на наплавляемую поверхность, перемещение наплавляемой поверхности относительно лазерного луча с перекрытием зон наплавки, при этом за один проход наплавляют слой толщиной 0,2-0,6 мм, а непосредственно после наплавки проводят трехкратный отпуск при температуре 550-600 С°.

Применяемый в способе подогрев и последующий отпуск необходимы для устранения возможности образования трещин в зоне наплавки.

Недостаток способа заключается в его высокой трудоемкости и энергоемкости вследствие необходимости предварительного нагрева всего изделия и последующего трехкратного отпуска.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение заключается в повышении качества бездефектной наплавки и расширения диапазона использования для наплавки материалов (высокохромистые чугуны, никельхромборкремниеые, хромокобальтовые сплавы).

Поставленная задача решается за счет того, что предлагается способ трехстадийной лазерной наплавки, включающий предварительную термическую подготовку детали и наплавку с перекрытием зон на ее поверхности с помощью лазера, в котором одновременно с перемещением детали по оси X с постоянной скоростью V=10-30 мм/с относительно лазера осуществляют предварительный нагрев наплавляемого участка поверхности детали до температуры 350-550°С путем облучения первым лазерным пятном по оси X диаметром 10-12 мм при плотности мощности лазерного облучения равным (0,8÷1,27)×103 Вт/см2, а вторым лазерным пятном по оси X диаметром 3-5 мм, находящемся на расстоянии d=0,5-1,5 мм от первого пятна, при плотности мощности лазерного облучения равным (5÷28)×103 Вт/см2, производят наплавку порошкового материала на основе железа, или никеля или кобальта или смеси этих материалов, после чего третьим лазерным пятном по оси X, диаметром 12-14 мм, находящимся на расстоянии d=0,5-1,5 мм от второго лазерного пятна, при плотности мощности лазерного облучения равным (0,65÷0,8)×103 Вт/см2 производят окончательный нагрев наплавленного участка до температуры 350-400°С.

На фиг. 1 представлена иллюстрация трехстадийной лазерной наплавки, где 1 - деталь, 2 - первое лазерное пятно предварительного нагрева, 3 - второе лазерное пятно для наплавки порошкового материала, 4 - третье лазерное пятно последующего нагрева, 5 - наплавленный слой на образце.

Способ наплавки заключается в следующем.

После установки детали 1 на столе устройства лазерный луч подается на делитель луча, который распределяет излучение на три части (условно не показаны). При включении механизма перемещения детали относительно лазера в направлении оси X, указанном на чертеже стрелкой первая часть излучения осуществляет предварительный нагрев поверхности детали до температуры 350-550°С. Нагрев осуществляется первым лазерным пятном 2, расположенным на оси X диаметром 10-12 мм при плотности мощности лазерного облучения равным (0,8÷1,27)×103 Вт/см2.

Указанный режим обеспечивает предотвращение трещин на поверхности детали. Вторая часть излучения лазера осуществляет наплавку металлического порошкового материала на основе железа, никеля или кобальта или их смеси, подаваемого в зону 3 вторым лазерным пятном, расположенным на оси X, диаметром 3-5 мм при плотности мощности лазерного облучения равным (5÷28)×103 Вт/см2 и при дальнейшем движении образца нагрев производит третье пятно 4, расположенное на оси X, диаметром 12-14 мм при плотности мощности лазерного облучения равным (0,65÷0,8)×103 Вт/см2 до температуры 350-400°С.

При этом расстояние между пятнами 2, 3 и 4 выдерживается d=0,5-l,5 мм, осуществляется нагрев поверхности детали и наплавленного слоя, предотвращая образование горячих и холодных трещин и мартенсита в покрытии.

Лазерную наплавку порошка ПР-НХ17СР4 на никелевой основе с коаксиальной подачей производили с использованием лазерной установки мощностью 5 кВт. Для предварительного подогрева в зону 2 подавали излучение мощностью 1 кВт при диаметре первого пятна 10 мм при плотности мощности лазерного облучения равным 1,27×103 Вт/см2, в зоне 3 наплавки вторым пятном использовали излучение мощностью 2 кВт при диаметре пятна 4 мм, находящемся на расстоянии d=1 мм от первого пятна при плотности мощности лазерного облучения равным 15,9× 103 Вт/см2, в зоне последующего подогрева 4 использовали излучение мощностью 1 кВт при диметре пятна 12 мм, находящемуся на расстоянии d=1 мм с плотностью мощности лазерного облучения равным 0,75×103 Вт/см2. Все три лазерных пятна находились на одной оси X. Скорость перемещения лазерных лучей по поверхности образца составляла 12 мм/с, а расход порошка 0,3 г/с. В результате обработки наплавлен слой 5 шириной 3,5 мм и высотой 1,2 мм. Дефектов типа пор и трещин не обнаружено.

Таким образом, предложенный способ трехстадийной лазерной наплавки с указанной последовательностью и режимами позволяет повысить производительность и качество наплавки, и расширить диапазон использования для наплавки материалов (высокохромистые сплавы железа, никельхромборкремниевые и хромокобальтовые сплавы).

Способ трехстадийной лазерной наплавки детали, включающий предварительную термическую подготовку детали и наплавку с перекрытием зон на ее поверхности с помощью лазера, отличающийся тем, что деталь перемещают по оси X с постоянной скоростью V=10-30 мм/с относительно лазера и одновременно осуществляют предварительный нагрев наплавляемого участка поверхности детали до температуры 350-550°С путем облучения первым лазерным пятном по оси X диаметром 10-12 мм при плотности мощности лазерного облучения (0,8÷1,27)×103 Вт/см2, а вторым лазерным пятном по оси X диаметром 3-5 мм, находящимся на расстоянии d=0,5-1,5 мм от первого пятна, выполняют наплавку порошкового материала на основе железа, или никеля, или кобальта, или смеси этих материалов при плотности мощности лазерного облучения (5÷28)×103 Вт/см2, после чего третьим лазерным пятном по оси X диаметром 12-14 мм, находящимся на расстоянии d=0,5-1,5 мм от второго лазерного пятна, выполняют окончательный нагрев наплавленного участка до температуры 350-400°С при плотности мощности лазерного облучения (0,65÷0,8)×103 Вт/см2.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способу местной низкотемпературной термической обработки сварных соединений крупногабаритных изделий. Нагрев зоны сварного соединения осуществляют от температуры 5-45°С до температуры 400-450°С со скоростью не более 15°С/ч.
Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения прочности зоны сварного соединения бурильных труб способ включает отпуск зоны сварного соединения путем нагрева токами средней частоты до температуры 400-450°C с выдержкой не менее 60 секунд и охлаждением на спокойном воздухе, а также последующую закалку нагревом токами высокой частоты до температуры Ас3+200÷250°C с охлаждением в спрейере потоком воды.

Изобретение может быть использовано при изготовлении контактной стыковой сваркой длинномерных рельсов и бесстыковых плетей для путей железнодорожного, городского и промышленного транспорта.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячекатаному стальному листу, используемому для изготовления непрерывных гибких труб (колтюбинга). Горячекатаный лист имеет состав, содержащий, мас.%: С более 0,10 до 0,16, Si 0,1-0,5, Mn 1,6-2,5, P 0,02 или менее, S 0,005 или менее, Al 0,01-0,07, Cr более 0,5 до 1,5, Cu 0,1-0,5, Ni 0,1-0,3, Мо 0,1-0,3, Nb 0,01-0,05, V 0,01-0,10, Ti от 0,005 до 0,05, N 0,005 или менее, остальное Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стальным трубам, полученным контактной сваркой, используемым для изготовления непрерывных гибких труб. Стальная сварная труба имеет следующий состав, содержащий, в мас.%: С: от более, чем 0,10 до 0,16, Si: от 0,1 до 0,5, Mn: от 1,6 до 2,5, Р: 0,02 или менее, S: 0,005 или менее, Al: от 0,01 до 0,07, Cr: от более, чем 0,5 до 1,5, Cu: от 0,1 до 0,5, Ni: от 0,1 до 0,3, Мо: от 0,1 до 0,3, Nb: от 0,01 до 0,05, V: от 0,01 до 0,10, Ti: от 0,005 до 0,05, N: 0,005 или менее, Fe и неизбежные примеси – остальное.

Изобретение может быть использовано при сварке трением с перемешиванием термоупрочнямых алюминиевых сплавов, в частности 2ххх, 6ххх, 7ххх. После досварочной термической обработки Т6 осуществляют сварку трением с перемешиванием при частоте вращения инструмента от 1000 до 2500 об/мин и скорости сварки от 600 до 1500 мм/мин.

Изобретение относится к способу и устройству термической обработки сварных соединений рельсов, например длинномерных рельсов и бесстыковых плетей. Способ термической обработки сварных соединений рельсов включает сварку встык рельсов с образованием сварного соединения и зоны термического влияния сварки, индукционный нагрев всего сечения рельса в области сварного соединения до температуры закалки на длину, превышающую длину зоны термического влияния сварки, выдержку во времени при температуре закалки, и затем охлаждение.

Изобретение относится к области термической обработки сварных соединений, например, длинномерных рельсов и бесстыковых плетей. Установка для термической обработки сварных стыков рельсов содержит блок управления процессом термической обработки на базе промышленного компьютера с записанной программой нагрева, индукционный модуль нагрева, датчик контроля температуры нагрева в виде инфракрасного пирометра, установленный в зоне нагрева, и закалочное устройство в виде спрейера, соединенного с устройством подачи закалочной среды с датчиком давления, и приводы перемещения индуктора и закалочного устройства.

Изобретение относится к сварке толстостенных металлоконструкций, в частности к сварке продольных швов сформованной цилиндрической заготовки, и может быть использовано при производстве сварных труб большого диаметра.

Изобретение относится к области металлургии. Для улучшения сцепления покрытия со стальным листом осуществляют непрерывный отжиг в печи с атмосферой инертного газа и Н2, включающий предварительный нагрев до 200-350°С в атмосфере А1 с точкой росы ниже -20°С при давлении Р1, имеющей Н2 менее 3,0% об., последующий нагрев до 600-1000°С в атмосфере А2 с точкой росы ниже -40°С при давлении Р2 выше Р1, имеющей Н2 менее 0,5% об., выдержку в атмосфере А3, имеющей Н2 менее 3,0% об., охлаждение до 400-800°С в атмосфере А4 с точкой росы ниже -30°С, имеющей Н2 менее 2,0% об., выравнивание температуры краев и центра листа в атмосфере А5 с точкой росы ниже -30°С, имеющей Н2 менее 2,0% об., и перемещение листа с помощью устройства с горячими натяжными роликами в ванну металлического расплава для нанесения покрытия в атмосфере А5 с точкой росы ниже -30°С, имеющей Н2 менее 2,0% об., при этом атмосферу А2 непрерывно удаляют в направлении секции печи предварительного нагрева и выдержки, а атмосферы А1, А3, А5 и А6 выпускают периодически или непрерывно через отверстия печи.
Изобретение относится к способу лазерной наплавки металлических покрытий и может найти применение при формировании защитных шликерных покрытий на конструкционных материалах.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2020-02-10 2020-11-11T14:00:53
Наверх