Лазерная порошковая наплавка — одна из важнейших ремонтных технологий возобновления годности деталей авиадвигателей. Она заключается в нанесении слоя материала на восстанавливаемую зону изделия с помощью лазерного луча. Процесс высокоэффективен, но из-за большой разницы температур и наличия остаточных напряжений может нарушаться форма, появляться деформации, тем самым снижая эксплуатационные характеристики деталей. В результате повышаются затраты и возникают риски некачественного ремонта. Ученые Пермского Политеха разработали алгоритм математического моделирования процесса, который позволит проводить качественную и количественную оценку деформаций в процессе лазерной порошковой наплавки для последующего производства деталей без брака.
В ПНИПУ разработали методику прогнозирования деформаций деталей, восстанавливаемых лазером / © Brice Cooper, Unsplash
Статья опубликована в журнале «Механика». Исследования выполнены при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках реализации национального проекта «Наука и университеты».
Лазерная порошковая наплавка используется в различных отраслях промышленности, например, в энергетике, машиностроении и ювелирном деле. С ее помощью ремонтируют лопатки турбин, шеек подшипников, деталей двигателей, инструментов, штампов, пресс-форм, зубьев ковшей и так далее. Эта технология позволяет восстанавливать изделия за счет последовательного наплавления слоев порошка. Процесс сопровождается большими температурными градиентами, вследствие чего возможны значительные остаточные коробления.
Для прогнозирования указанных явлений эксперты ПНИПУ предложили методику конечно-элементного моделирования, которая включает послойную активацию новых конечных элементов на поверхности наплавляемой модели. В дальнейшем разработанная модель может быть использована для выбора технологических параметров процесса лазерно-порошкового «залечивания» выявленных дефектов конструкции.
«В ходе расчетов мы использованы модели термопластичности, описывающие поведение материалов образца и присадочного (добавочного) порошка в широком температурном диапазоне. Разработанный алгоритм верифицирован по результатам оптического контроля изменения экспериментальных образцов после реальной наплавки. Погрешность расчета не превысила пять процентов», – комментирует Олег Сметанников, доктор технических наук, профессор кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ.
Созданная учеными Пермского Политеха модель позволит, в конечном итоге, значительно снизить риск возникновения остаточных деформаций в процессе лазерного восстановления.
