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

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 3 2022 6 ТЕХНОЛОГИЯ Численный анализ процесса электронно-лучевой аддитивной наплавки с вертикальной подачей проволочного материала Глеб Пермяков1, a, *, Роман Давлятшин1, b, Владимир Беленький1, c, Дмитрий Трушников1, d, Степан Варушкин1, e, Шеньон Панг2, f 1 Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Комсомольский проспект, 29, г. Пермь, 614990, Россия 2 Хуачжунский университет науки и технологии, район Хуншань, Луойу, 1037, г. Ухань, 430074, Китайская Народная республика a https://orcid.org/0000-0001-8158-3460, gleb.permyakov@yandex.ru, b https://orcid.org/0000-0002-7388-7699, romadavly@gmail.com, c https://orcid.org/0000-0001-7869-6632, vladimirbelenkij@yandex.ru, d https://orcid.org/0000-0001-7105-7934, trdimitr@yandex.ru, e https://orcid.org/0000-0002-9346-6445, stepan.varushkin@mail.ru, f https://orcid.org/0000-0002-5171-4148, spang@mail.hust.edu.cn ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.793.71 История статьи: Поступила: 19 апреля 2022 Рецензирование: 28 апреля 2022 Принята к печати: 18 июня 2022 Доступно онлайн: 15 сентября 2022 Ключевые слова: Электронный пучок Электронно-лучевая наплавка Аддитивные технологии Численный эксперимент Финансирование: Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Пермского края (соглашение С-26/508 от 09.03.2021 г.) и Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (государственное задание № FSNM2021-0011 и № FSNM-2020-0028). Благодарности: Исследования частично выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов» (соглашение с Минобрнаукой № 13.ЦКП.21.0034). АННОТАЦИЯ Введение. В настоящее время во всем мире активно развиваются аддитивные технологии, которые находят все более широкое применение в промышленном производстве. Применение электронного пучка в аддитивных процессах направленного ввода энергии, так называемых Directed Energy Deposition (DED) технологиях, имеет ряд преимуществ, основными среди которых являются гибкость управления пространственно-энергетическими характеристиками теплового источника и наличие вакуумной защитной среды. Стандартной схемой осуществления аддитивной электронно-лучевой наплавки является оплавление электронным пучком проволочного присадочного материала, подаваемого сбоку в зону воздействия электронного пучка, однако такая схема аддитивной электронно-лучевой наплавки не обеспечивает равномерность теплового воздействия в наплавляемой области. Наиболее эффективным вариантом при электронно-лучевой наплавке является вертикальная подача проволоки, обеспечивающая наиболее стабильное формирование ванны жидкого металла и соответственно наплавленных валиков. При этом до настоящего времени отсутствуют результаты численного анализа этого процесса с целью определения основных его закономерностей. Цель работы: проведение численных экспериментов для качественного анализа и определения закономерностей формирования наплавляемых валиков и переноса присадочного материала, зависимости геометрических характеристик получаемых валиков от влияния сил давления паров, направления и величины азимутального угла действия источников тепла. Методами исследования являлась серия численных экспериментов, при которых анализировались варианты процесса электронно-лучевой наплавки при расположении вектора скорости наплавки в плоскости действия электронных пучков, и перпендикулярно этой плоскости для определения основных закономерностей формирования наплавляемых валиков и переноса присадочного материала, зависимости геометрических характеристик получаемых валиков от влияния сил давления паров, направления действия источников тепла и азимутального угла действия источников тепла. Результаты и обсуждение. Установлено, что геометрические характеристики наплавляемых валиков существенно зависят от взаимного расположения вектора скорости наплавки относительно плоскости действия электронных пучков, а учет силы давления паров оказывает значительное влияние на результаты численного моделирования формирования ванны расплава и протекающих в ней гидродинамических процессов. При этом при расположении вектора скорости наплавки перпендикулярно плоскости действия электронных пучков наблюдается более равномерная геометрия наплавляемых валиков металла, а 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. Для цитирования: Численный анализ процесса электронно-лучевой аддитивной наплавки с вертикальной подачей проволочного материала / Г.Л. Пермяков, Р.П. Давлятшин, В.Я. Беленький, Д.Н. Трушников, С.В. Варушкин, П. Шеньон // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 3. – С. 6–21. – DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.3-6-21. Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2022 Том 24 № 3 с. 6–21 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.3-6-21 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ______ *Адрес для переписки Пермяков Глеб Львович, к.т.н., научный сотрудник, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Комсомольский пр., 29, 614990, г. Пермь, Россия Тел.: +7 (964) 18504-75, e-mail: gleb.permyakov@yandex.ru

RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1