74
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2012
Для наплавления валика толщиной
h
мощности, расходуемые на
плавление верхней части лежащего ниже слоя ,
T
P
нагрев жидкой фа-
зы
H
P
и испарение ,
V
P
можно оценить по (1), (2), (5), (8), (9) и (11).
Рассмотрим пример ориентировочного выбора технологических па-
раметров для наплавки коррозионно-стойкой стали с предварительным
нанесением слоя порошка для относительно малой мощности лазера
L
P
= 30 Вт и
0
d
= 0,01 см. Из условия эффективного теплового воздей-
ствия поверхностным лазерным источником (14) определяется скорость
наплавки. Если
V
= 10 см/с, то толщина наплавляемого слоя
h
= 0,056 см. Далее по (1) вычисляется мощность для плавления валика
высотой
h
и диаметром
0
d
со скоростью
10
V
=
м/c
т
P
= 5 Вт, а затем
мощности
Т
P
= 2,6 и
P
Н
= 4 Вт. Мощность (11), расходуемая на испа-
рение, составляет
V
P
= 3,4 Вт. Около 22 % поглощаемой мощности тра-
титься на испарение порошка, что может уменьшить толщину валика на
h
Δ
= 0,001 см (см. (17)). Получаем следующие ожидаемые значения
параметров:
L
P
= 30 Вт;
0
d
= 0,006 см;
V
= 10 см/с;
h =
0,01
см.
Сравним расчетные данные с экспериментальными данными (в
эксперименте эмпирическим методом были выбраны технологиче-
ские параметры, обеспечивающие качественное наплавление валика
порошка). В технологической установке использовался мощный мно-
гоканальный технологический СО
2
-
лазер «Гибрид» со средней мощ-
ностью излучения до 2,5 кВт, разработанный в ИПЛИТ РАН, и доза-
тор [9]. Поток порошка из дозатора направлялся под углом 40° к вер-
тикально падающему пучку лазерного излучения и попадал в зону
пятна излучения на поверхности порошка. Значения коэффициента
использования порошка было близко к 0,7. В экспериментах прово-
дилась наплавка слоев (до нескольких десятков) из различных мате-
риалов, в том числе из никеля (никель 98,3 % и кобальт 2 %),
вольфрама с использованием дозатора и молибдена (99 %) без ис-
пользования дозатора способом предварительного нанесения слоя.
Технологические параметры при наплавке слоев из порошка никеля:
V
= 0,49 см/с;
0
d
= 0,5 см;
L
P
= 2,5 кВт;
h =
0,083
см. Для выбранных
значений
V
и
0
d
число Пекле Ре = 0,5 и находится в диапазоне допу-
стимых значений (14). Из формулы (1) следует, что для наплавления
валика порошка толщиной
h
= 0,083 см должна расходоваться мощ-
ность
т
P
= 175 Вт. По формуле (9) находим
Н
P
= 52 Вт, а по (5) —
Т
P
= 177 Вт. Затем для
0,5
L
η
=
из (11) определяем мощность
V
P
= 847 Вт, а по (17) — уменьшение толщины наплавляемого вали-
ка порошка Δ
h
= 0,077 см. При этом на испарение расходуется 67 %
поглощаемой мощности лазерного излучения.