Прислать материал
Оптимизация динамики газо-порошковых потоков в соплах для лазерной порошковой наплавки
- исследование газовых потоков в латеральном сопле;
- исследование порошковых потоков в латеральном сопле;
Лазерная порошковая наплавка нашла широкое применение при нанесении защитных и функциональных покрытий на металлические поверхности и восстановлении формы изношенных деталей. Качество конечного результата при лазерной наплавке зависит от огромного числа параметров. Применение оптических методов мониторинга и последующий параметрический анализ позволяет получить устойчивую причинно-следственную связь между набором входных параметров (давление, расход и тип транспортного и защитного газа, материал и форма подложки, тип порошка, его гранулометрический состав, мощность излучения и степень его расфокусировки, скорость сканирования и т.д.) и качеством наплавляемого валика.
Экспериментальное исследование работы проведено на различном оборудовании для оптической диагностики физических процессов.
Газовая динамика регистрировалась на оригинальном теневом приборе.
Для изучения характеристик порошковых струй использовалась скоростная камера и импульсная вспышка. Кроме того скорости полета были измерены на лазерном допплеровской анемометре.
В качестве тестового материала для визуализации порошковых потоков использовался бронзовый порошок ПР-БрО10 с фракционным составом 0-63 мкм производства фирмы «Полема».
Для количественной характеристики струи были выбраны параметры длины ламинарной части потока и ее поперечного размера.
Опыты с использованием различных насадок показали сильную зависимость структуры потока от используемого тыльного колпачка. Параметрический анализ различных режимов эксплуатирования выявил однозначные зависимости степени ламинарности и поперечного размера струи от отверстия колпачка, из которых можно выделить наиболее оптимальную конфигурацию сопла.
Эксперименты с использованием порошка показали хорошее качественное согласие с зависимостями, полученными при анализе газовых потоков. Для получения плотной струи с малой расходимостью подходит ограниченный набор насадок сопла. Подача порошка на плоскую подложку также подтверждает его расстилание вдоль поверхности.
Для получения количественных оценок скорости движения частиц ЛДА-методом были сняты поперечные профили скоростей в различных зонах струи. Большинство измеренных профилей имеет осесимметричное 3-мерное распределение в зависимости от поперечных горизонтальных координат. Ширина струи, которую можно оценить по сечению диаграммы на полувысоте от максимальной амплитуды составляет 0.5-1 см.
Анализ данных о скоростей показал, что скорость вылета порошинок при неизменных расходах транспортного газа слабо зависит от диаметра используемого сопла. В то же время уменьшение отверстия на заднем колпачке ведет к росту общей скорости частиц, что вызвано перераспределением потоков между выходными форсунками (Рис. 19). Для колпачка с отверстием 1.5 мм скорости истечения составляют 4-5 м/с, тогда как перекрытие выхода циклона обеспечивает скорости подачи 7-9 м/с.
2. V.S. Bitrafunta, T. Sparkcs, F. Liou Performance metric for powder feeder systems in additive manufacturing // 2006, P. 473-491.
3. Е.В. Земляков, Я. Туоминен, Е.Ю. Поздеева, Г.А. Туричин, Е.А. Комарова Формирование поверхностных слоев при лазерной наплавке с использованием мощных волоконных лазеров // Научно-технические ведомости Cанкт-Петербургского государственного политехнического университета, 2013.
4. Ахметшин Д.Ш., Цивильский И.В., Нагулин К.Ю., Гильмутдинов А.Х. 3-D нестационарное численное моделирование динамики запыленных газовых потоков в головках для лазерной порошковой наплавки // Сборник докладов девятой всероссийской школы по лазерной физике и лазерным технологиям, 2015, С. 9-17.