Повышение эффективности электродуговой наплавки сплава СВ-АК5 за счет гибридизации технологий
Автор: Никитин К.В., Жаткин С.С., Дунаев Д.А., Черников Д.Г., Скороумов А.К., Минаков Е.А.
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Машиностроение и машиноведение
Статья в выпуске: 4-2 т.26, 2024 года.
Бесплатный доступ
В работе показана актуальность разработки гибридных технологий, основанных на совмещении электродуговой объемной наплавки с другими внешними воздействиями на наплавляемые слои: применение нескольких источников энергии (лазер и электрическая дуга), сочетание наплавки и процессов формообразования (деформационное воздействие, дробеструйная обработка, лазерное упрочнение и др.). В работе оценивали потенциальную возможность создания гибридной технологии «электро-дуговая наплавка - магнитно-импульсная обработка» при получении образцов из сплава Св-АК5 (система Al-Si). Комплекс для реализации гибридной технологии создан на базе коллаборативного робота-манипулятора и сварочного инверторного полуавтомата. Разработаны конструкции, изготовлены и испытаны 2 вида совмещенных со сварочной горелкой одновитковых индукторов для магнитно-импульсной обработки наплавляемых образцов: индуктор в виде открытого тора, охватывающий сопло сварочной горелки, и прямоугольный индуктор, сопряженный последовательно с горелкой. Средствами компьютерного моделирования и натурных экспериментов установлено, что наиболее эффективным является индуктор в виде открытого тора, охватывающий сопло сварочной горелки. Индуктор такого вида подает магнитно-импульсные разряды непосредственно в формируемую жидкую ванну в процессе наплавки. Наплавку проводили в среде защитного газа аргон. В качестве основного варьируемого параметра МИО служила энергия разряда W в интервале 180÷518 Дж при одинаковом количестве импульсов (20 шт.). Исследование микроструктуры опытных образцов показало, что МИО оказывает существенное модифицирующее воздействие на дендриты α-Al сплава Св-АК5, получаемого по гибридному процессу «электродуговая наплавка - магнитно-импульсная обработка». Дефекты структуры в процессе металлографических исследований наплавленных образцов не выявлены.
Аддитивные технологии, гибридные технологии, электродуговая наплавка, магнитно-импульсная обработка, индуктор, микроструктура
Короткий адрес: https://sciup.org/148330123
IDR: 148330123 | УДК: 621.791.92 | DOI: 10.37313/1990-5378-2024-26-4(2)-289-297
Increasing the efficiency of electric arc welding of the SV-AK5 alloy due to hybridization of technologies
The paper shows the relevance of the development of hybrid technologies, based on the combination of electric arc volumetric surfacing with other external influences on the deposited layers: the use of several energy sources (laser and electric arc), a combination of surfacing and shaping processes (deformation, shot blasting, laser hardening, etc.). The paper evaluated the potential possibility of creating a hybrid technology “electro-arc surfacing - magnetic pulse treatment (MPT)” for obtaining samples from the Sv-AK5 alloy (Al-Si system). The complex for the implementation of hybrid technology was created on the basis of a collaborative robot-manipulator and a welding inverter semi-automatic. Designs have been developed, 2 types of single-turn inductors combined with a welding torch for magnetic pulse processing of deposited samples have been manufactured and tested: an inductor in the form of an open torus covering the nozzle of the welding torch, and a rectangular inductor coupled in series with the welding torch. By means of computer modeling and field experiments, it was found that the most effective is an inductor in the form of an open torus covering the nozzle of a welding torch. An inductor of this type delivers magnetic pulse discharges directly into the formed liquid bath during the surfacing process. The surfacing was carried out in the environment of argon protective gas. The main variable parameter of the MPT was the discharge energy W in the range 180÷518 J with the same number of pulses (20 pcs.). The study of the microstructure of the prototypes showed that MPT has a significant modifying effect on the dendrites of the α-Al alloy Sv-AK5, obtained by the hybrid process «electric arc surfacing - magnetic pulse treatment». Structural defects were not detected during metallographic studies of the deposited samples.
Список литературы Повышение эффективности электродуговой наплавки сплава СВ-АК5 за счет гибридизации технологий
- Petrovic V., Gonzales J., Ferrando O., Gordillo J., Puchades J., Grinan L. Additive layered manufacturing: sectors of industrial applications shown through case studies. International Journal of Production Research. 2011. Vol. 49. P. 1061-1079.
- Huang S., Liu P., Mokasdar A., Hou L. Additive manufacturing and its societal impact: a literature review. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2013. Vol. 67. P. 1191-1203.
- Sharon L. N. Ford. Additive Manufacturing Technology: Potential Implications for U.S. Manufacturing Competitiveness. Journal of International Commerce and Economics. Published electronically September 2014. URL: https://www.usitc.gov/journals/Vol_VI_Article4_Additive_Manufacturing_Technology.pdf (дата обращения 22.04.2024).
- Gebhardt A., Hötter J.-S. Additive Manufacturing: 3D Printing for Prototyping and Manufacturing. Munich Hanser: Carl GmbH + Co., 2016.
- Tuan D. Ngo, Alireza Kashani, Gabriele Imbalzano, Kate T.Q. Nguyen, David Hui. Additive manufacturing (3D printing): a review of materials, methods, applications and challenges. Composites Part B: Engineering. 2018. Vol. 143. P. 172-196.
- Dremukhin M. A., Nagovitsin V. N. Application of additive technologies in mechanical engineering for production of form-forming riggings. Spacecrafts & Technologies. 2022. Vol. 6. Р. 21-28.
- L.-E. Lindgren, A. LundbSck. Approaches in computational welding mechanics applied to additive manufacturing: Review and outlook. Comptes Rendus Mecanique. 2018. Vol. 346. Issue 11.P. 1033-1042.
- Jianglong Gu, Xiaoshu Wang, Jing Bai, Jialuo Ding, Ste wart Williams, Yuchun Zhai, Kun Liu. Deformation microstructures and strengthening mechanisms for the wire +arc additively manufactured Al-Mg4.5Mn alloy with inter-layer rolling. Materials Science & Engineering A. 2018. Vol. 712. P. 292-301.
- Конкевич, В.Ю. Структурообразование при аддитивной наплавке WAAM и L-DED с использованием проволоки, полученной из слитков AlMg-сплавов с переходными металлами методом электромагнитной кристаллизации / В.Ю. Конкевич, В.Н. Тимофеев, Г.П. Усынина, В.В. Белоцерковец // Цветные сплавы. – 2023. – №.7. – С.47-55.
- Strong D., Kay M., Conner B., Wakefi eld Th., Manogharan G. Hybrid manufacturing – integrating traditional manufacturers with additive manufacturing (AM) supply chain. Additive Manufacturing. 2018. No. 21. P. 159-173.
- Киричек, А.В. Аддитивно-субтрактивные технологии – эффективный переход к инновационному производству / А.В. Киричек, О.Н. Федонин, Д.Л. Соловьев, А.А. Жирков, А.В. Хандожко, Е.В. Смоленцев // Вестник Брянского государственного технического университета. – 2019. – № 8. – С. 4-10.
- Балякин, А.В. Обзор гибридного аддитивного производства металлических деталей / А.В. Балякин, М.А. Олейник, Е.П. Злобин, Д.Л. Скуратов // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. – 2022. – Т. 21. – No.2. – С. 48-64.
- Zhang H., Qian Y., Wang G., Zheng Q. The characteristics of arc beam shaping in hybrid plasma and laser deposition manufacturing. Science in China, Series E: Technological Sciences. 2006. Vol. 49, Iss. 2. P. 238-247.
- Colegrove P.A., Donoghue J., Martina F., Gu J., Prangnell P., Hönnige J. Application of bulk deformation methods for microstructural and material property improvement and residual stress and distortion control in additively manufactured components. Scripta Materialia. 2017. V. 135. P. 111-118.
- Bamberg J., Hess T., Hessert R., Satzger W. Verfahren zum herstellen, reparieren oder austauschen eines bauteils mit verfestigen mittels druckbeaufschlagung. German Patent Application WO 2012152259 A1, 2012.
- Никитин, К.В. Применение магнитно-импульсной обработки при электродуговой сварке сплава АД1Н / К.В. Никитин, С.С. Жаткин, Д.Г. Черников, А.К. Скороумов, Д.А. Дунаев, В.А. Новиков // Литье и металлургия. – 2023. – №. 4. – C. 101-108.
- Никитин, К.В. Теоретическое и экспериментальное обоснование обработки расплавов на основе алюминия импульсными магнитными полями / К.В. Никитин, Е.А. Амосов, В.И. Никитин, В.А. Глущенков, Д.Г. Черников // Изв. вузов. Цвет. металлургия. – 2015. – №. 5. – С. 11–19.
- Никитин, К.В. Обработка расплавов магнитно-импульсными полями с целью управления структурой и свойствами промышленных силуминов / К.В. Никитин, В.И. Никитин, И.Ю. Тимошкин, В.А. Глущенков, Д.Г. Черников // Изв. вузов. Цвет. Металлургия. – 2016. – №. 2. – С. 34-42.
- Köhler M., Fiebig S., Hensel J., Dilger K. Wire and Arc Additive Manufacturing of Aluminum Components. Metals. 2019. Vol. 9. No. 5. P. 1-9.
- Köhler M., Hensel J., Dilger K. Effects of Thermal Cycling on Wire and Arc Additive Manufacturing of Al-5356 Components. 2020. Metals. Vol. 10. No.7. P. 2-11.
