Numerical analysis of the process of electron beam additive deposition with vertical feed of wire material

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 3 2022 14 ТЕХНОЛОГИЯ При расположении вектора скорости наплавки перпендикулярно плоскости действия электронных пучков наблюдается более равномерная геометрия валиков, поскольку распределение сил, действующих на ванну расплава, не препятствует движению расплава в хвостовую её часть. При этом не происходит локальных выплесков за пределы наплавляемого валика. Исследование влияния азимутального угла наклона электронных пучков. На рис. 4 и 5 представлены результаты численного анализа процесса наплавки вертикально подаваемого проволочного материала, оплавляемого двумя симметрично действующими электронными пучками, при различных азимутальных углах наклона электронных пучков. Результаты расчетов показывают, что с уменьшением азимутального угла уменьшается площадь проекции электронных пучков на плоскость подложки, при этом ширина зоны обработки также сокращается. При сохранении объема подаваемого присадочного материала это приводит к увеличению высоты наплавляемых валиков. Кроме того, повышается плотность энергии в пятне нагрева и увеличивается проплавляющая способность электронных пучков. При расположении вектора скорости в плоскости действия электронных пучков с уменьшением азимутального угла действия каждого источника увеличивается глубина проплавления и увеличивается высота наплавляемого валика. Ширина наплавляемых валиков остается практически без изменений. Уменьшение азимутального угла положительным образом сказывается на равномерности наплавляемых валиков, исключается возможность локальных выплесков на периферию, при этом весь поступающий металл участвует в формировании валика, и наблюдается мелкокапельный перенос присадочного материала. С увеличением азимутального угла действия каждого источника повышается вероятность выплесков на периферию за счет того, что векторы силы давления паров от воздействия тепловых источников, находясь в плоскости расположения вектора наплавки, ограничивают движение расплава в продольном направлении, и тем сильнее вытесняют его на периферию наплавляемого валика, чем ближе азимутальный угол действия каждого источника к горизонтали. При расположении вектора скорости перпендикулярно плоскости действия электронных пучков с уменьшением азимутального угла действия каждого источника сокращается ширина наплавляемых валиков и увеличивается глубина проплавления подложки и высота наплавляемых валиков. Результаты и обсуждение Численные эксперименты по определению зависимостей геометрических характеристик получаемых валиков от влияния сил давления паров, направления действия источников тепла и азимутального угла действия источников тепла показали, что учет силы давления паров оказывает значительное влияние на результаты численного моделирования формирования ванны расплава и протекающих в ней гидродинамических процессов, а также на характер капельного переноса металла. Было установлено, что при расположении вектора скорости наплавки перпендикулярно плоскости действия электронных пучков наблюдается более равномерная геометрия валиков, поскольку распределение сил, действующих на ванну расплава, не препятствует движению расплава в хвостовую ее часть. При этом увеличение азимутального угла действия источников тепла повышает вероятность выплесков на периферию наплавляемого валика, что связано с ограничением движения расплава в продольном направлении силами давления паров. Заключение Результаты численного анализа процесса аддитивной электронно-лучевой наплавки проволочного материала, оплавляемого двумя симметрично действующими электронными пучками, подтвердили необходимость учета влияния сил давления паров ввиду значительного влияния на гидродинамические процессы в сварочной ванне, характер переноса наплавляемого металла и, как следствие, на формирование наплавляемых валиков. В результате численного эксперимента наилучшее формирование наплавленных валиков обеспечивается при меньшем азимутальном угле наклона каждого электронного пучка

RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1