70
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2012
сложности изучена пока не достаточно полно. Поэтому оптимизация
параметров каждого типа установки осуществляется, в основном, эм-
пирическим способом.
В статье проанализирован энергетический баланс процесса лазер-
ной наплавки порошков с нанесением их двумя способами: предвари-
тельным нанесением слоя порошка и с помощью дозатора (прямое
нанесение металлов). При этом рассматриваются основные каналы за-
трат мощности поглощаемого излучения с учетом типичных опытных
данных.
Метод послойного нанесения металлического порошка.
Основой
этой технологии является тепловое воздействие сканирующего пучка
лазерного излучения на предварительно нанесенный слой. В таком слу-
чае важную роль играет теплопроводность порошка, которая может
быть существенно ниже теплопроводности материала самих частиц
вследствие воздушных пор между ними. В конечном счете воздушные
поры между частицами во многом определяют теплопроводность ме-
таллических порошков [4, 5, 7]. Кроме того, теплопроводность материа-
ла зависит от температуры плавления. Причина заключается в том, что
под воздействием излучения прежде всего расплавляются частицы
верхнего слоя, на которые попадает прямое излучение. Образовавшийся
расплав может заполнять воздушные поры и тем самым обеспечивать
термический контакт жидкого металла с лежащим ниже слоем. Такой
процесс продолжается последовательно до самого нижнего слоя частиц.
В работе [8] исследовалось влияние течения жидкой фазы на теплопро-
водность порошка при спекании его с добавкой компонентов, имеющих
низкую температуру плавления, когда сохраняется каркас из тугоплав-
ких частиц. Однако вследствие наличия каркаса тугоплавких частиц
расплав легкоплавких компонентов не может оказывать такое же силь-
ное воздействие на теплопроводность порошка, как при плавлении всех
его элементов.
В статье рассмотрен случай плавления монопорошка, поэтому
принимается, что значение теплопроводности при его плавлении
близко к значению теплопроводности для материала частиц.
Учет плавления также важен для вопросов моделирования по-
глощения лазерного излучения порошком. Для тонких пористых сло-
ев порошка в некоторых работах вместо поверхностного источника
тепловыделения рассмотрен объемный источник, как при распро-
странении излучения в дисперсной поглощающей среде. Однако в
условиях плавления порошка вследствие влияния расплава модель
поверхностного источника тепловыделения может быть более адек-
ватной реальным процессам поглощения.
Перейдем к рассмотрению энергетического баланса, который
учитывает основные каналы расходования поглощаемой энергии ла-
зерного излучения. К полезным затратам относится прежде всего
мощность, требуемая для плавления валика порошка [5]