Применение методики компенсации остаточных деформаций при прямом лазерном выращивании крупногабаритных изделий

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Прямое лазерное выращивание находит широкое применение в наукоемких отраслях промышленности благодаря возможности создания сложнопрофильных изделий, изготовление которых невозможно традиционными методами производства. Однако производственный процесс осложнен формированием остаточных напряжений и деформаций в изделии негативно влияющих на его качество. Поле распределения напряжений и деформаций в изделии связано с его геометрией. В данной статье представлены основные способы решения данной проблемы, описаны типовые для ПЛВ виды деформаций и методы их компенсации. Представлены результаты компенсации деформаций на примере четырех изделий различной формы, из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т и жаропрочного сплава ВЖ159.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Антон Ю. Ковчик

Санкт-Петербургский государственный морской технический университет (СПбГМТУ)

Автор, ответственный за переписку.
Email: Akovchik@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-5494-2405

Институт лазерных и сварочных технологий

Россия, Санкт-Петербург

Артур М. Вильданов

Санкт-Петербургский государственный морской технический университет (СПбГМТУ)

Email: wildam92@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7319-0605

Институт лазерных и сварочных технологий

Россия, Санкт-Петербург

Николай Р. Алымов

Санкт-Петербургский государственный морской технический университет (СПбГМТУ)

Email: sir.alymoff@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1066-1446

Институт лазерных и сварочных технологий

Россия, Санкт-Петербург

С. Ю. Иванов

Санкт-Петербургский государственный морской технический университет (СПбГМТУ)

Email: Akovchik@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0077-2313

Институт лазерных и сварочных технологий

Россия, Санкт-Петербург

Р. В. Мендагалиев

Санкт-Петербургский государственный морской технический университет (СПбГМТУ)

Email: Akovchik@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4358-1995

Институт лазерных и сварочных технологий

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Liu S., Shin Y. C. Additive manufacturing of Ti6Al4V alloy: A review. Materials & Design. 2019; 164: 107552.
  2. Blakey-Milner B., Gradl P., Snedden G., Brooks M. et al. Metal additive manufacturing in aerospace: A review. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.110008.
  3. Li C., Liu Z., Fang X., Guo Y. Residual Stress in Metal Additive Manufacturing. Procedia CIRP 2018; 71:348–353.
  4. Bastola N.; Jahan M. P.; Rangasamy N.; Rakurty C. S. A Review of the Residual Stress Generation in Metal Additive Manufacturing: Analysis of Cause, Measurement, Effects, and Prevention. Micromachines. 2023; 14: 1480. https://doi.org/10.3390/mi14071480.
  5. Gatovskij K. M., Karhin V. A. Teoriya svarochnyh deformacij i napryazhenij. Izd. LKI: 1981; 12–13. Гатовский К. М., Кархин В. А. Теория сварочных деформаций и напряжений. Изд. ЛКИ: 1981; 12–13.
  6. Kovchik A., Babkin K., Vildanov A. Research of deformation compensation method in laser metal deposition process of 12Х18Н10Тstainless steel product. J. Phys.: Conf. Ser. 2077 012010
  7. Babkin K. D., Zemlyakov E. V., Ivanov S. Yu. Distortion prediction and compensation in direct laser deposition of large axisymmetric Ti-6Al-4V part. Procedia CIRP. 2020; 94:357–361.
  8. Vastola G., Sin W. J., C.-N. Sun N. Design guidelines for suppressing distortion and buckling in metallic thin-wall structures built by powder-bed fusion additive manufacturing. Sridhar. Materials & Design. 2022; 215.
  9. Zemlyakov E. V., Alymov N. R., Vildanov A. M., Babkin K. D., Ivanov S. Yu., Kislov N. G., Tarasov D. S., Myatlev A. S., Ivanovsky A. A. Application of Laser and Additive Technologies in the Manufacturing of Advanced Industrial Gas Turbine Units. Photonics Russia. 2022;16(6):436–452. doi: 10.22184/1993-7296.FRos.2022.16.6.436.452.
  10. Deng D., Murakawa H. Numerical simulation of temperature field and residual stress in multi-pass welds in stainless steel pipe and comparison with experimental measurements. Computational Materials Science. 2006; 37:269–277.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Технологический процесс прямого лазерного выращивания

Скачать (368KB)
3. Рис. 2. Сегмент тонкостенной оболочки толщиной 3 мм из сплава ВТ6: а) на жестко зафиксированной подложке; b) закрепленной по центру; с) с увеличенным компенсационным слоем

4. Рис. 3. Сравнение рассчитанной модели с моделью изделия: а) до обратной деформации, b) после обратной деформации

Скачать (11MB)
5. Рис. 4. Детали газосборника для газотурбинной установки ГТЭ-65.1 [9]: 1 – Внутренняя оболочка, 2 – Рамка оболочки, 3 – Кольцо входное, 4 – Внешний кожух

Скачать (412KB)
6. Рис. 5. Установка прямого лазерного выращивания ИЛИСТ-L

Скачать (26MB)
7. Рис. 6. Результат моделирования напряженно-деформированного состояния внешнего кожуха газосборника с добавлением стрингеров [9]: а) 2 мм; b) 4мм

Скачать (845KB)
8. Рис. 7. Результат моделирования напряженно-деформированного состояния внутреннего кожуха

Скачать (298KB)
9. Рис. 8. Стапель для термообработки внешней оболочки кожуха (а) и его положение в изделии (b)

10. Рис. 9. Контроль геометрии компенсированной рамки

11. Рис. 10. Контроль геометрии кольца

12. Рис. 11. Контроль геометрии внутреннего кожуха

13. Рис. 12. Контроль геометрии внешней оболочки кожуха: а) после завершения выращивания; b) после термообработки; c) после удаления стрингеров; d) после отделения от подложки


© Ковчик А.Ю., Вильданов А.М., Алымов Н.Р., Иванов С.Ю., Мендагалиев Р.В., 2024