Optimalizace procesních parametrů při tvorbě práškových návarů laserem, vhodných k lokálním opravám poškozených dílů

Bc. David Burda

Master's thesis

Abstract:

Tato práce se zaměřuje na optimalizaci navařovacích parametrů pro metodu Direct Energy Deposition (DED) využívanou pro materiály na bázi slitin niklu. Metoda DED představuje klíčový prvek v přesném navařování a výrobě součástek s komplexními tvary a vysokou kvalitou. Práce se soustředí na systematické zkoumání vlivu navařovacích parametrů, jako jsou rychlost navařování, výkon a vnesené teplo, na vlastnosti navařovaných slitin niklu. Navařování uvedených slitin niklu je problematické z důvodu vzniku trhlin. Cílem studie je dosažení optimálních výsledků v oblasti mikrostrukturní integrity a chování materiálu za různých provozních podmínek. Zkoumání vlivu navařovacích parametrů poskytuje užitečné informace pro lepší porozumění procesům navařování a umožňuje optimalizaci pro zlepšení výrobních procesů. Zabývá se též možnostmi aplikace vhodných opatření proti praskání návarů. Tím bylo chlazení návaru pro snížení vneseného tepla, které mělo pozitivní vliv na zamezení tvorby trhlin. Přínosem se též ukázalo odstranění oxidických vrstev vznikajících na povrchu návaru. Využití komory s ochrannou atmosférou mělo svá omezení, nicméně i tím bylo možné vytvořit kompaktní návary za pomocí chlazení proudem argonu. Jako nejvhodnější postup se ukázalo využití relativně vysokého výkonu při širokém kroku laseru s následným zachlazením a očištěním od oxidického povrchu. Alternativa s ochrannou atmosférou a chlazením proudem argonu je značně nákladnější a omezena prostorem komory. Výsledky této práce mohou sloužit jako základ pro další výzkum v oblasti přesného navařování a výroby součástek s vysokou spolehlivostí a odolností. Důkladné pochopení vlivu navařovacích parametrů na vlastnosti navařovaných slitin niklu přispěje k efektivnějšímu využití metody DED v průmyslovém prostředí.

Abstract:

This work focuses on optimizing the welding parameters for the Direct Energy Deposition (DED) method used for nickel-based alloy materials. The DED method represents a key element in precise welding and manufacturing of components with complex shapes and high quality. The study focuses on systematically examining the influence of welding parameters, such as welding speed, power, and heat input, on the properties of the welded nickel alloys. Welding of these nickel alloys is challenging due to the occurrence of cracks. The aim of the study is to achieve optimal results in the area of microstructural integrity and material behavior under different operating conditions. Investigating the influence of welding parameters provides useful information for better understanding welding processes and enables optimization for improving manufacturing processes. It also addresses the possibilities of applying appropriate measures against weld cracking. Cooling the weld to reduce heat input proved beneficial in preventing crack formation. Removing oxide layers formed on the weld surface also proved beneficial. The use of a chamber with a protective atmosphere had its limitations; however, it was possible to create compact welds using argon cooling. The most suitable approach proved to be using relatively high power with a wide laser beam followed by cooling and cleaning of the oxide surface. The alternative with a protective atmosphere and argon cooling is significantly more expensive and limited by chamber space. The results of this work can serve as a basis for further research in the field of precise welding and manufacturing of components with high reliability and durability. A thorough understanding of the influence of welding parameters on the properties of welded nickel alloys will contribute to the more efficient utilization of the DED method in industrial environments.

Keywords

Direct energy deposition, niklové slitiny, navařování, navařovací parametry, 3D tisk kovů, laser cladding

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 5. 2024

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Bc. Martin Švec, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechanical Engineering

Master programme / field:
Materials and Technology / Materials and Technology