Лазерный мир

Малыгин Валерий Дмитриевич / Патент RU 2 819 484 C1

Изобретение относится к прецизионной лазерной наплавке (сварке) металлов и может быть использовано для восстановления изношенных деталей, создания покрытий с повышенными свойствами, создания композиционных покрытий и соединения металлических деталей сварочным швом, идентичным по химическому составу соединяемым деталям.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является:

— повышение качества и гомогенности наплавки (сварки);

— прецизионное соответствие химического состава материала наплавки или сварного шва химическому составу металлической подложки;

— улучшение стабильности повторяемости технологического процесса наплавки (сварки);

— снижение себестоимости технологического процесса наплавки (сварки).

Указанная задача решается тем, что предложен:

1. Способ лазерной наплавки (сварки) металлов, включающий предварительное приготовление шликера, состоящего из порошкообразного присадочного материала и связующего вещества, нанесение его на металлическую деталь, оплавление его лазерным лучом, отличающийся тем, что предварительно готовят шликер, состоящий из металлического порошка или смеси металлических порошков, летучего растворителя и флюса, затем наносят шликер на места наплавки или сварки, после удаляют из нанесенного шликера летучий растворитель методом сушки, далее оплавляют его лазерным излучением, причем оплавление осуществляют импульсно-периодическим лазерным лучом в среде технологического газа.

2. Способ лазерной наплавки (сварки) металлов по п.1, отличающийся тем, что в летучем растворителе растворяют флюс, обладающий адгезионными свойствами и его массовое содержание в летучем растворителе, не превышает 7%.

3. Способ лазерной наплавки (сварки) металлов по п.1, отличающийся тем, что в составе шликера используют металлический порошок, идентичный химическому составу металла подложки.

4. Способ лазерной наплавки (сварки) металлов по п.1, отличающийся тем, что в качестве технологического газа применяется смесь аргона и водорода.

Представленное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема насыпной структуры сферичного металлического порошка; на фиг. 2 показана схема структуры жидкого шликера; на фиг. 3 показана схема затвердевшего шликера.

Пример

Разработан способ лазерной наплавки (сварки) металлов. В качестве присадочного материала брали сферичный металлический порошок с насыпной плотностью 22 г/см3 и крупностью зерна 71 мкм марки ПР-12Х18Н10Т 22 71 ГОСТ 9849-86. Между сухими сферичными частицами металлического порошка 1 имеется тонкий воздушный слой 2 (фиг. 1). В качестве летучего растворителя брали спирт этиловый технический гидролизный ректификованный ГОСТ Р 55878-2013 в котором растворяли канифоль очищенную ОК-5 ТУ 13-0281078-154-93 до получения 5% раствора 3 (фиг. 2). Для получения шликера нужной консистенции (фиг. 2), смешивали присадочный материал с раствором канифоли в спирте. В зависимости от решаемых задач, наносили полученный жидкий шликер на место наплавки или сварки и подвергали нанесенный шликер сушке до полного испарения летучего растворителя. В итоге после просушки получали твердый слой шликера, в котором сферические частицы металлического порошка 1 (фиг. 3) покрыты микрослоем канифоли 4 (фиг. 3) и склеены ею. После сушки объем испарившегося летучего растворителя замещен воздушными микрополостями 2 (фиг. 3). Микрослой канифоли 4 (фиг. 3) выполняет функцию не только флюса, но и связующего. При воздействии импульсно-периодического лазерного излучения на слой высохшего шликера, микрослой канифоли (флюс) 4 (фиг. 3) на поверхности металлических микрочастиц в результате химического взаимодействия удаляет оксиды, которые покрывают поверхность металлических частиц, снижает поверхностное натяжение в сварочной ванне и, тем самым, улучшает смачиваемость наплавки или сварного шва.

Незначительная концентрация канифоли (флюса) 4 (фиг. 3) в спиртовом растворе позволяет получить минимальное содержание канифоли в твердом шликере, что обеспечивает полное выгорание канифоли в сварочной ванне при воздействии импульсно-периодического лазерного излучения.

Минимальное количество и полное выгорание флюса позволяет добиться отсутствия попадания загрязнений в сварочную ванну, что повышает качество и гомогенность наплавки (сварки). Кроме этого, под воздействием флюса происходит защита поверхности жидкого металла в сварочной ванне от воздействия окружающей среды, содержащей атмосферный кислород.

В качестве источника лазерного излучения применялась установка лазерной сварки и наплавки ЛАТ-С-300. В качестве технологического газа применялась смесь газовая, состоящая из 99% аргона (Ar) и 1% водорода (Н2) ТУ 2114-002-45905715-2015. Содержащаяся в газовой смеси добавка водорода позволяет практически полностью восстановить образовавшиеся в результате расплавления порошка металлов окислы и, тем самым, улучшить качество наплавки или сварного шва. В качестве металлических деталей, подвергаемых сварке и наплавке, брали нержавеющую сталь марки 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72 и прецизионный железо-никель-кобальтовый сплав (ковар) марки 29НК-ВИ ГОСТ 14080-78. На обоих подложках получены удовлетворительные результаты по адгезии, плотности и отсутствии микротрещин, что позволяет применять способ прецизионной лазерной наплавки (сварки) металлов в вакуумной технике. Вакуумную плотность на полученных образцах проверяли гелиевым масс-спектрометрическим течеискателем модели HELIOT 900. Причем на подложках из хромоникелевой нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т химический состав и механические свойства сварных швов и наплавок не отличались от свойств материала подложки, что позволяет получать одинаковый коэффициент теплового расширения как в подложке, так и в сварочном шве или наплавке, что обеспечивает устранение возникновения вредных механических напряжений при нагревании изделия. Простота рецептуры шликера и его приготовления позволяет получать стабильную повторяемость результатов и снижение себестоимости технологического процесса.

Полное содержание на https://patenton.ru/patent/RU2819484C1