Науково-технологічні основи лазернихі гібридних процесів наплавлення та модифікації поверхонь металевих виробів
DSpace at NTB NTUU KPI
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Науково-технологічні основи лазернихі гібридних процесів наплавлення та модифікації поверхонь металевих виробів
|
|
| Creator |
Хаскін, Владислав Юрійович
|
|
| Description |
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.07 – Процеси фізико-технічної обробки. – Інститут електрозварювання ім. Є.О.Патона НАН України, Київ, 2010 р. Дисертацію присвячено розвитку наукових основ процесів наплавлення і обробки металевих поверхонь з використанням лазерного випромінювання шляхом дослідження теплових і фізико-металургійних явищ, що супроводжують вказані процеси; побудові на цій основі узагальненої розрахунково-експериментальної методики попередній оцінки та вибору параметрів технологічних режимів, які забезпечують потрібні якість і функціональні характеристики поверхонь деталей, що оброблюються. В роботі проаналізовано сучасний стан розвитку лазерних технологій в галузі інженерії поверхні і показано відсутність систематизованих наукових основ лазерного та гібридного наплавлення і модифікування. Це не дозволяє розвивати нові технологічні підходи і розширювати спектр задач, які доцільно вирішувати методами лазерної поверхневої обробки. Для подолання цієї проблеми виконано наступні дослідження. Дослідження теплових процесів лазерної та гібридної обробки металевих поверхонь дозволили на базі схеми розподілу енергій при режимі, що встановився, створити математичну модель, за допомогою якої можна визначати параметри режиму обробки шляхом оптимізації розподілу температури по глибині системи «наплавлений (оброблений) шар – основний метал» за критерієм мінімізації тепловкладання. Дослідження фізико-металургійних особливостей процесів наплавлення і модифікування металевих поверхонь дозволили за рахунок оптимізації термічних циклів знизити залишкові напруження оброблених шарів, що призвело до мінімізації (усунення) тріщиноутворення, а також встановити критерії усунення внутрішніх пор і відшарування покриттів. Вивчення впливу техніки лазерної та гібридної обробки на якість металевої поверхні дозволило запропонувати схему дій із забезпечення та контролю даного параметру. Встановлено, що гібридні процеси сприяють значному зниженню рівня залишкових напружень і коефіцієнта тріщиноутворення в наплавлених (легованих) шарах, зниженню припуску під фінішну механічну обробку у кілька разів, а також зниженню коефіцієнта тертя оброблених поверхонь з одночасним підвищенням їх задиростійкості. Створено узагальнену розрахунково-експериментальну методику вибору параметрів технологічного режиму для процесів лазерного і гібридного (комбінованого) наплавлення і модифікування металевих поверхонь. За допомогою цієї методики розроблено низку процесів лазерної інженерії поверхні. Результати роботи знайшли промислове застосування для лазерного зміцнення довговимірних внутрішніх поверхонь виробів з комплексно легованої сталі (Завод ім. Малишева, м. Харків), ремонтного лазерного наплавлення деталей поліграфічних машин (АО «Электронполиграфсервис», м. Київ), відновлення прес-форм (ЗАО «Укрпласт», м. Київ, ООО «Костал Украина», м. Переяслав-Хмельницький), зварювання фільтруючих елементів за способом лазерного наплавлення (ЗАТ «Чернівецький хімзавод», м. Чернівці) тощо. Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.03.07 – Процессы физико-технической обработки. – Институт электросварки им. Е.О.Патона НАН Украины, Киев, 2010 г. Диссертация посвящена развитию научных основ процессов наплавки и обработки металлических поверхностей с использованием лазерного излучения путем исследования тепловых и физико-металлургических явлений, сопровождающих указанные процессы; построению на этой основе обобщенной расчетно-экспериментальной методики предварительной оценки и выбора параметров технологических режимов, которые обеспечивают необходимые качество и функциональные характеристики поверхностей обрабатываемых деталей. В работе изучено современное состояние промышленного применения лазерных технологий поверхностной обработки, включающих в себя легирование, упрочнение, наплавку и нанесение покрытий. Проведен анализ недостатков лазерных процессов наплавки и поверхностного модифицирования, показаны возможности их устранения за счет применения различных технологических приемов, в том числе совместного использования действия лазерного излучения с такими тепловыми источниками, как высокочастотный, плазменный и дуговой. Проведен анализ целесообразности перехода от лазерных технологий к комбинированным и гибридным. Определены наиболее перспективные направления дальнейшего внедрения процессов обработки поверхности. Установлены наиболее 38 широко употребляемые области варьирования значений параметров режимов изучаемых процессов. На основании анализа литературных данных выбраны и доработаны базовые технологические схемы лазерных процессов поверхностной обработки, согласно которым проводились дальнейшие исследования. К ним относятся: лазерная наплавка (в т.ч. двухлучевая и с подогревом наплавочного порошка), комбинированная наплавка с сопутствующим ВЧ-подогревом, комбинированная лазерно-микроплазменная наплавка, лазерно-микроплазменное поверхностного легирования, гибридная лазерно-дуговая наплавка, гибридное лазерно-плазменное нанесение покрытий, микроплазменное осаждение испаренных лазерным излучением материалов, сварка по технологической схеме лазерной порошковой наплавки. Изучены физические процессы, происходящие при лазерной и гибридной обработке металлических поверхностей. Это позволило на базе схем распределения энергий для случая установившегося режима создать математическую модель, позволяющую определять параметры режима обработки путем оптимизации распределения температуры по глубине системы «наплавленный (обработанный) слой – основной металл» по критерию минимизации тепловложения. Предложен алгоритм выбора параметров режима обработки, согласно которому проведены соответствующие расчеты и определены режимы для всех рассматриваемых процессов поверхностной обработки. Для корректировки математических моделей проведено экспериментальное исследование указанных процессов поверхностной обработки. Для этого разработано соответствующее технологическое оборудование и созданы лабораторные стенды для проведения экспериментов. С их помощью изучены физические и технологические особенности рассматриваемых процессов, проанализированы их достоинства и недостатки. Выполнены металлографические исследования и механические испытания полученных образцов, установлены характерные дефекты и предложены методы их устранения. Проведено сравнение результатов экспериментов с расчетными данными для изучаемых процессов поверхностной обработки, а также верификация математических моделей. Определена точность расчетного способа определения параметров режима и установлено отсутствие необходимости корректировки математических моделей. Разработана универсальная расчетно-экспериментальная методика выбора параметров технологических режимов для этих процессов. С использованием данной методики разработан ряд технологических процессов для решения некоторых промышленных задач модифицирования и наплавки, в частности лазерного и лазерно-микроплазменного модифицирования длинномерных внутренних поверхностей изделий из комплексно легированных сталей, а также лазерно-микроплазменной наплавки шеек осей железнодорожных вагонов, лазерного восстановления деталей автотранспорта и полиграфических машин. Выполнен прогноз относительно перспектив дальнейшего развития лазерных процессов наплавки и поверхностного модифицирования на основе предложенной расчетно-экспериментальной методики. Результаты работы нашли промышленное применение для лазерного упрочнения длинномерных внутренних поверхностей изделий из комплексно легированной стали (Завод им. Малышева, г. Харьков), ремонтной лазерной наплавки деталей полиграфических машин (АО «Электронполиграфсервис», г. Киев), восстановления пресс-форм (ЗАО «Укрпласт», г. Киев, ООО "Костал" Украина», г. Переяслав-Хмельницкий), сварки фильтрующих элементов по способу лазерной наплавки (ЗАТ «Чернівецький хімзавод», г. Черновцы) и др. Thesis for a Doctor of Sciences degree on speciality 05.03.07 – The processes of physical and technical processing. – The E.O.Paton Electric Welding Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2010. The thesis is devoted to developing the scientific basis of deposition and processing of metal surfaces using laser light through the study of thermal, physical and metallurgical phenomena that accompany these processes, building on this basis, the generalized calculation and the experimental procedure of the provisional assessment and selection of parameters of technological regimes, which provide the necessary quality and functional characteristics of the workpieces. The paper analyzes the current state of development of laser technology in the field of engineering surfaces and shows the lack of systematic scientific basis of laser and hybrid welding and modification. This makes it impossible to develop new technological approaches and expand the range of problems solved by methods of laser surface treatment. To overcome this problem a number of studies. Studies of thermal processes of laser and hybrid treatment of metal surfaces allowed on the basis of power-distribution circuit at steady state to create a mathematical model with which to determine the parameters of the processing by optimizing the temperature distribution in the depth of "weld (processed) layer - base metal" according to the criterion of minimizing heat input. Studies of physical and metallurgical characteristics of the processes of surfacing and modification of metal surfaces allowed by optimizing the thermal cycles to reduce residual stress of processed layers, leading to the minimization of cracking, as well as establish criteria for elimination of internal pores and delamination of coatings. The influence of laser technology and hybrid processing on the quality of the metal surface has provided the framework for action on enforcement and monitoring of this parameter. Found that hybrid processes that substantially reduce the level of residual stresses and coefficient of cracking in the clad (doped) layers, reduction of allowance for finish machining a few times, and also reduce the coefficient of friction of treated surfaces with a simultaneous increase in their resistance to scoring. A generalized computational-experimental procedure for selecting parameters of the technological regime for the processes of laser and hybrid (combined) surfacing and modification of metallic surfaces. Using this technique developed a number of laser surface engineering. Results of work have found industrial application for laser hardening of lengthy internal surfaces of products from in a complex alloyed steel (Factory of Malysheva, Kharkov), repair laser cladding details of polygraphic cars (Joint-Stock Company «Электронполиграфсервис», Kiev), restoration of compression moulds (Joint-Stock Company «Укрпласт», Kiev, Open Company «Kostal Ukraine», Perejaslav-Khmelnitskiy), welding of filtering elements on a way laser cladding (Joint-Stock Company «Chemical Factory of Chernovtsy», Chernovtsy), etc. |
|
| Publisher |
НТУУ "КПІ"
|
|
| Date |
2010-12-23T14:04:58Z
2010-12-23T14:04:58Z 2010 |
|
| Type |
Thesis
|
|
| Identifier |
http://library.kpi.ua:8080/handle/123456789/674
|
|
| Language |
uk
|
|