Лазерная наплавка

Этот способ наплавки представляет собой технологический ме­тод получения покрытий с заданными физико-механическими свойствами путем нанесения наплавочного материала (порошок, фольга, проволока и др.) с последующим оплавлением его лазер­ным лучом. Наименьших затрат энергии требуют порошковые ма­териалы.

Порошковая лазерная наплавка заключается в получении по­крытий путем принудительной подачи порошка газовым потоком непосредственно в зону лазерного излучения. Частицы порошка начинают нагреваться в лазерном луче и расплавляются в поверх­ностном слое.

Порошки на поверхность детали можно подавать непосред­ственно в зону лазерного луча с помощью дозатора; после предва­рительной обмазки клеющим составом; в виде коллоидного ра­створа. Для первого случая характерен увеличенный (в 5...7 раз) расход порошка и ухудшение физико-механических свойств по­крытия. Коллоидный раствор — это смесь порошка и раствора целлюлозы.

С увеличением толщины обмазки возрастают поглощение из­лучения и КПД наплавки, а также твердость нанесенного слоя, которую путем подбора скорости наплавки и материала можно ре­гулировать в пределах 35...65 HRC₃.

Технология лазерной наплавки определяется следующими па­раметрами (интервалы оптимальных значений приведены в скобках):мощностью лазерного излучения (1...3 кВт);скоростью перемещения восстанавливаемой поверхности под облучением (16,7...33,3 мм/с);диаметром пятна нагрева, определяемым условиями фокуси­ровки излучения (10... 15 мм);массовым расходом порошка, подаваемого в зону обработки: (2,1...3,2 кг/ч);углом ввода порошка (30...35°).

Покрытия, нанесенные лазерной наплавкой, имеют следую­щие характеристики: толщина слоя, наплавленного за один про­ход,—до 0,8 мм; толщина дефектного слоя —не более 0,1 мм; прочность сцепления — до 35 кг/мм²; потери наплавляемого ма­териала—не более 1 %; глубина зоны термического влияния-не более 1 мм. Толщина нанесенного слоя может достигать 40...50 мкм.

В качестве оборудования при лазерной наплавке применяют установки ЛГН-702, УЛГН-502, ЛОКК-ЗМ, ЛТ1-2 и технологические модули 01.03.178 и 01.12.376 «Ремдеталь».

Электро-лучевая сварка и наплавка

Этот способ основан на использовании энергии, высвобождае­мой при торможении потока ускоренных электронов в сваривае­мых материалах.

Схема установки для электронно-лучевой сварки показана на рисунке 9. Она включает: электронно-лучевую сварочную пуш­ку 5 с системами управления и электропитания, формирующую поток электронов; вакуумную камеру 2 с люками загрузки и выг­рузки деталей, механизмами перемещения свариваемых деталей / и со смотровыми окнами 3; вакуумную систему, обеспечивающую при сварке в рабочем объеме камеры разрежение 1,33...13,3 МПа. Электроны могут быть ускорены до энергии 20...30 кэВ (низко­вольтные пушки), до 30... 100 (пушки с промежуточным ускоряю­щим напряжением), до 100...200 кэВ (высоковольтные пушки). Поток электронов, эмитируемых катодом, формируется предвари­тельно электростатическим полем в области катод—анод.

Силу тока луча регулируют подачей напряжения на управляю­щий (прикатодный) электрод 4. Удельная энергия, высвобождае­мая в месте бомбардировки металла потоком электронов, может изменяться с помощью системы электромагнитной фокусировки луча 6. Для совмещения пятна нагрева со сварным стыком при от­ключении последнего от геометрической оси пушки или при свар­ке по сложному контуру служит система электромагнитного от­клонения луча 7.

Сущность электронно-лучевой наплавки заключается в нагреве материала и поверхности детали потоком электронов. Способ обеспечивает высококонцентрированное вложение энергии в на­греваемую поверхность.

Малый объем обрабатываемого металла и кратковременность теплового воздействия гарантируют незначительные термические деформации соединяемых деталей. Толщина покрытий составляет от нескольких десятых миллиметра до 1,0...1,5 мм на сторону.

В последние три десятилетия внимание исследователей при­влечено к изучению аморфного состояния поверхностных слоев металлических сплавов, в том числе образуемых при восстановле­нии деталей. Эти слои, получаемые охлаждением из жидкого со­стояния конденсацией, вакуумным или ионно-плазменным напы­лением, а также облучением покрытий электронами или ионами, характеризуются отсутствием дальнего порядка во взаимном рас­положении атомов и называются металлическими стеклами.

Металлическим стеклам присуще оптимальное сочетание нео­бычных электрических, магнитных, механических и химических свойств. Так, часть из них имеет удовлетворительную пластич­ность наряду с высокими твердостью и прочностью при растяже­нии, приближающуюся к теоретической.

Еще одно достоинство металлических стекол — их коррозион­ная стойкость, в частности устойчивость к питтингу в растворах кислот. Она объясняется образованием на поверхности материала очень однородной пассивной пленки. Ряд классов металлических стекол может быть использован в качестве катализаторов в хими­ческих технологиях, стойких против радиационных воздействий и катодного распыления материалов.

Применение новых промышленных ускорителей электронов с энергией 1,5 МэВ и более и мощностью 50 кВт позволяет осуществ­лять наплавку углеродистых, легированных и жаропрочных сталей, серого чугуна и меди. Применяют наплавочные материалы в виде порошков никеля и железа: ПР-Н80Х13С2Р, ПР-Н67Х18С5Р4, ПР-Н73Х16СЗРЗ, ПР-Н70Х17С4Р4, ПР-10Р6М5, ПГ-10Н-04, ФБХ-6-2. Толщина насыпного слоя изменяется от 1 до 5 мм, ши­рина слоя 8...40 мм, мощность электронного пучка 1,5...15 кВт, скорость наплавки 8...110 мм/с.

Покрытия, полученные электронно-лучевой наплавкой, содер­жат небольшое количество кислорода и азота: (4... 19) 10^-3 и (1...7)10^_3 % соответственно. Столь низкое содержание газов в ме­талле, наплавленном без защиты, объясняется возникающим в зоне облучения порошка потоком из активированных газов, паров металла и ультрадисперсных частиц. Этот поток препятствует контакту расплавленного металла с воздухом. Наличие такой за­щиты обеспечивает отсутствие пор в покрытии. Лишь при использовании порошка ПР-Н67Х18С5Р4 в наплавленном слое встреча­ются единичные поры.

Электронно-лучевая наплавка обеспечивает высокую произво­дительность и широкие технологические возможности. Напри­мер, по сравнению с индукционной наплавкой производитель­ность наплавки пучком электронов в 10...15 раз больше. Данный способ практически применим для наплавки любых материалов, позволяет точно дозировать энергию, вводимую в металл, изменяя тем самым глубину проплавления основного металла, структуру основного и наплавленного металла.

Для электронно-лучевой сварки и наплавки применяют уни­версальные установки ЭЛЛУ-4, У-ЗМ2, А.306.05, У-74, У-101 и др.