2017-3(24)

Проектирование, изготовление и ввод в эксплуатацию оборудования объектов атомной отрасли

Наименование публикацииПРИМЕНЕНИЕ D-ОПТИМАЛЬНЫХ ПЛАНОВ ЭКСПЕРИМЕНТА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНОЙ НАПЛАВКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОРОШКА
Авторы© 2017 А. Марко*, Б. Граф*, С. Гоок*, М. Ретмайер*,**
Адреса авторов

* Общество Фраунгофера, Институт производственных систем и технологий конструирования ИПК, Берлин, Германия
** Федеральное ведомство по исследованию и испытаниям материалов БАМ, Берлин, Германия

АннотацияПроцесс лазерной наплавки металлического порошка Laser Metal Deposition (LMD) находит все более широкое применение в энергетическом машиностроении. В качестве наиболее актуальных приложений данной технологии можно выделить нанесение покрытий с заданными свойствами на исходную деталь, а также восстановление изношенной или поврежденной геометрии изделий машиностроительного производства, например лопаток турбин. Для достижения наибольшей эффективности и производительности процесса LMD необходимо привлечение наиболее полной информации о степени влияния основных параметров процесса, таких как мощность лазерного излучения, скорость процесса и расход порошка на конечный результат наплавки, а именно на ширину и высоту валиков наплавки. Подобные задачи оптимизации могут эффективно решаться с использованием методов статистического планирования эксперимента, которые в зависимости от выбранной стратегии оптимизации могут быть довольно трудоемкими. По соображениям экономии времени на проведение исследования актуальным является ограничение числа отдельных точек эксперимента. Введение D-оптимального плана позволяет извлечь максимальное количество информации о зависимой переменной в экспериментальной области используя меньшее количество точек эксперимента по сравнению с полнофакторным планом. Согласно литературным данным (Subramaniam et al., 1999), эффективность подобных планов эксперимента показана при оптимизации сварочных процессов [8]. Возможность применения D-оптимального плана эксперимента для оптимизации процесса лазерной наплавки не была исследована до настоящего времени. В настоящей работе исследуется применимость D-оптимального плана эксперимента для процесса LMD. Титановый сплав Ti6Al4 использован в качестве материала субстрата и порошка для наплавки в ходе проведения экспериментов. Результаты D-оптимального плана сравнены с результатами полнофакторного плана испытаний. Продемонстрировано, что D-оптимальный план и полнофакторный эксперимент обеспечивают сопоставимые результаты. Однако, процедура эксперимента выполненная в соответствии с D-оптимальны планом эксперимента реализуется с экономией времени порядка 80%.
Ключевые словааддитивные технологии, планирование эксперимента, лазерная наплавка, параметры наплавки, восстановление поверхностей, ремонтная сварка
ЯзыкАнглийский
Список литературы

[1] Arellano-Garcia, H., Schöneberger, J., & Körkel, S. (2007). Optimale Versuchsplanung in der Chemischen Verfahrenstechnik. Chemie-Ingenieur-Technik, 79(10), 1625–1638. https://doi.org/10.1002/cite.200700110 (in German)

[2] Capello, E., Colombo, D., & Previtali, B. (2005). Repairing of sintered tools using laser cladding by wire. Journal of Materials Processing Technology, 164–165, 990–1000. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2005.02.075 (in English)

[3] DVS - Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e.V. (2011). Laserstrahl-Auftragschweißen Merkblatt DVS 3215, (02 11). (in German)

[4] Graf, B., Ammer, S., Gumenyuk, A., & Rethmeier, M. (2013). Design of Experiments for Laser Metal Deposition in Maintenance, Repair and Overhaul Applications. Procedia CIRP, 11, 245–248. https://doi.org/10.1016/j.procir.2013.07.031(in English)

[5] Leunda, J., Soriano, C., Sanz, C., & Navas, V. G. (2011). Laser Cladding of Vanadium-Carbide Tool Steels for Die Repair. Physics Procedia, 12, 345–352. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2011.03.044 (in English)

[6] Narva, V. K., Marants,  a. V., & Sentyurina, Z. a. (2014). Investigation into laser cladding of steel-titanium carbide powder mixtures on a steel substrate. Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 55(3), 282–288. https://doi.org/10.3103/S1067821214030109 (in English)

[7] Paul, C. P., Ganesh, P., Mishra, S. K., Bhargava, P., Negi, J., & Nath, A. K. (2007). Investigating laser rapid manufacturing for Inconel-625 components. Optics and Laser Technology, 39(4), 800–805. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2006.01.008 (in English)

[8] Subramaniam, B. Y. S., Subramaniam, B. Y. S., Lyons, J. W., Lyons, J. W., White, D. R., White, D. R., … Jones, J. E. (1999). Experimental Approach to Selection of Pulsing Parameters in Pulsed GMAW. Welding Journal, (May), 166–172. (in English)

[9] Sun, Y., & Hao, M. (2012). Statistical analysis and optimization of process parameters in Ti6Al4V laser cladding using Nd:YAG laser. Optics and Lasers in Engineering, 50(7), 985–995. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2012.01.018 (in English)

Страницы46 - 60
URL cтраницыАдрес статьи
 Открыть публикацию