Рассмотрены результаты применения адаптивного алгоритма к решению нестационарного нелинейного трехмерного уравнения теплопроводности, моделирующего температурное поле при нанесении на деталь защитного покрытия с помощью лазерного излучения.

Розроблено спосіб газопорошкового наплавлення з застосуванням лазерного пучка з нерівномірним розподілом потужності у плямі фокусування, науково обгрунтований підхід до вибору наплавочних матеріалів і методику визначення оптимальних режимів обробки, що у сукупності забезпечують формування високоякісних поверхневих шарів із прогнозованими фізико-механічними характеристиками. Наведено результати математичного моделювання теплових процесів, що доводять доцільність застосування пучків зі зміщеним максимумом інтенсивності до краю плями фокусування у напрямку руху променя. Запропоновано спосіб одержання нерівномірного розподілу потужності у плямі фокусування. Розроблено новий підхід до вибору наплавочного матеріалу. Визначено параметри оптимізації режимів наплавлення. Показано, що застосування нерівномірного розподілу потужності та оптимальних режимів дозволяє знизити величину залишкових напружень, кількість тріщин, підвищити зносостійкість. Надано рекомендації щодо застосування отриманих результатів для підвищення ресурсу роботи лопаток турбін, бурових доліт, підп'ятників системи турбонаддуву дизеля.

Проаналізовано сучасний стан розвитку лазерних технологій в галузі інженерії поверхні та показано відсутність систематизованих наукових основ лазерного та гібридного наплавлення та модифікування. Це не дозволяє розвивати нові технологічні підходи та розширювати спектр задач, які доцільно вирішувати методами лазерної поверхневої обробки. Створено математичну модель, за допомогою якої можна визначати параметри режиму обробки шляхом оптимізації розподілу температури за глибиною системи "наплавлений шар - основний метал" за критерієм мінімізації тепловкладання. Дослідження фізико-металургійних особливостей процесів наплавлення та модифікування металевих поверхонь дозволяють за рахунок оптимізації термічних циклів знижують залишкові напруження оброблених шарів, які призводять до мінімізації тріщиноутворення, а також встановлюють критерії усунення внутрішніх пор і відшарування покриттів. Встановлено, що гібридні процеси сприяють значному зниженню рівня залишкових напружень і коефіцієнта тріщиноутворення в наплавлених 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 та гібридного наплавлення та модифікування металевих поверхонь.

Розглянуто комбінований процес лазерно-плазмового наплавлення, коли енергія плазми використовується виключно на транспортування та підігрівання порошку до температури 0,8 - 0,9Тпл, лазерний промінь розплавляє певний об'єм матеріалу основи і доводить до температури плавлення підігрітий плазмою порошок. Процес дозволяє збільшувати продуктивність наплавлення без адекватного підвищення собівартості. Комп'ютерне моделювання з використанням адаптивних методів дозволяє одержувати інформацію про температурні поля і оптимальні параметри лазерного випромінювання, параметри плазмового джерела, режими обробки, що зменшує кількість експериментів й витрати матеріальних ресурсів.

Изучены физико-механические характеристики композиционных покрытий, полученных с помощью лазерной наплавки. Установлены зависимости служебных характеристик рабочих поверхностей от структурно-фазового состава наплавленных слоев. Разработан механизм повышения износостойкости пары трения.

Вперше запропоновано метод математичного моделювання фізичних процесів, що описуються диференціальними рівняннями в частинних похідних, який вирізняється використанням локальних зон високих градієнтів залежності параметрів рівнянь від досліджуваної функції для забезпечення врахування особливостей цих процесів. Доопрацьовано метод побудови адаптивних сіток шляхом введення чисельного сенсора, який, окрім розрахункової похибки, враховує швидкість збіжності ітераційних процесів розв'язування систем нелінійних різницевих рівнянь, що дозволяє прискорити розв’язування нелінійних диференціальних рівнянь у частинних похідних. Вдосконалено метод побудови адаптивної сітки, який, на відміну від існуючого, на кожному кроці інтегрування має етап попереднього розрахунку, що вирішує проблему невідповідності зон ущільнення сітки та високих градієнтів під час розв'язання нестаціонарних задач за умови швидкого переміщення зон високих градієнтів. Модифіковано математичну модель процесу теплообміну за лазерно-дугового наплавлення у вигляді нестаціонарного нелінійного тривимірного диференціального рівняння у частинних похідних, яка, на відміну від існуючих моделей, реалізується в змінній області визначення з використанням лінійно-експоненціальної апроксимації коефіцієнта об'ємної теплоємності матеріалів шару наплавлення від температури, що дозволяє підвищення точності моделювання зазначеного процесу.

Отмечено, что лазерные технологии находят все более широкое применение в современной промышленности при сварке и наплавке металлов. При этом важным являются управление нагревом и плавлением присадочного материала, его переносом и формированием на изделии. С использованием математического моделирования тепловых процессов установлены формы лазерного излучения для плавления и переноса присадочного материала с минимальным испарением его. Определены параметры фронтов импульса, обеспечивающие минимальные энергетические затраты на нагрев и плавление присадки из хрома. Полученные результаты можно использовать при разработке технологических режимов импульсной лазерной сварки и наплавки металлов и сплавов.

Метод лазерной инжекционной наплавки (ЛИН) используется для получения слоя металлического композита на поверхности подложки. В процессе ЛИН лазерный луч локально расплавляет поверхностный слой подложки с одновременной инжекцией на него частиц дополнительного материала. Для контроля распределения упрочняющих частиц в слое, полученном ЛИН, можно применять комбинированное магнитное и электрическое поле (КМЭП). Влияние синергетического эффекта КМЭП на распределение упрочняющих частиц при ЛИН исследовано с помощью экспериментальных и численных методов. В качестве упрочняющих частиц использованы сферические частицы карбида вольфрама (WC), поскольку правильная форма была наиболее близка к условиям моделирования и хорошей работе индикатора в потоке расплава. Распределение частиц WC в продольном сечении изучено с помощью сканирующей электронной микроскопии и рассчитано методом компьютерного моделирования с помощью 2D модели с учетом уравнений теплообмена, гидродинамики, силы сопротивления, силы Лоренца и фазового перехода. Результаты моделирования с достаточной точностью соответствуют экспериментальным данным. Исследованиями установлено наличие синергетического влияния КМЭП на распределение упрочняющих частиц при ЛИН. Распределение частиц WC в слое, полученном ЛИН, зависит от направления силы Лоренца, создаваемой КМЭП. Когда сила Лоренца и сила тяжести действуют в одном и том же направлении, подавляющее большинство частиц остаются в верхней области слоя, полученного ЛИН, а когда сила Лоренца и сила тяжести действуют в противоположном направлении, большинство частиц сосредоточены в нижней области.

Індекс рубрикатора НБУВ: К644.78-1

Рубрики:

Наплавлення металів променем лазера

Шифр НБУВ: Ж26970 Пошук видання у каталогах НБУВ