Лагодзінський І. М. Адитивне дугове наплавлення просторових виробів присадними дротами зі сталей та сплавів

Лагодзінський І.М. Адитивне дугове наплавлення просторових виробів присадними дротами зі сталей та сплавів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 13 – Механічна інженерія за спеціальністю 131 – Прикладна механіка. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2024. Дисертаційна робота складається з шести розділів, у яких викладені та обґрунтовані основні результати дисертаційної роботи. У вступі обґрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, наведені мета та задачі дослідження, методи та методики їх проведення, сформульовані наукова новизна та практична цінність результатів досліджень. У першому розділі проведений літературний аналіз сучасного стану адитивних WAAM технологій виготовлення просторових виробів. Проаналізовані існуючі технології генеративного виготовлення деталей та конструкцій, наявні засоби впливу на геометричні характеристики адитивно наплавлених виробів. У другому розділі наведені методики виконання експериментальних досліджень по визначенню геометричних характеристик адитивно наплавлених шарів, структури та фізико-механічних властивостей наплавленого металу, хімічний склад та властивості матеріалів, що використані для проведення досліджень. Запропоновані технологічні рекомендації та обране обладнання для виготовлення прутків з малопластичних матеріалів. У третьому розділі експериментально досліджений процес пошарового наплавлення низьковуглецевої сталі із застосуванням GMAW-CMT/Pulse методів у комбінації із захисними газовими сумішами та PAW-CW адитивного наплавлення в середовищі аргону. На основі проведеного аналізу отриманих експериментальних даних встановлені закономірності впливу зміни складу газового середовища та методу подачі зварювального струму на формування та геометричні характеристики стінок виробів. Проведені експериментальні дослідження та встановлений вплив GMAW-СМТ/Pulse методів наплавлення на геометричні характеристики виробів з алюмінієвих сплавів, аустенітних нержавіючих сталей та кремнієвих бронз. На основі проведених експериментальних досліджень доведена можливість отримання просторових виробів плазмово-дуговим способом наплавлення зі застосуванням в якості присадного матеріалу прутків жароміцного нікелевого сплаву, які виготовлені за запропонованою автором методикою. Четвертий розділ присвячений дослідженню впливу умов GMAW-CMT/Pulse методів наплавлення та зміни захисного газового середовища на формування структури і механічні властивості металу отриманих зразків із низьковуглецевої сталі, а також методу подачі зварювального струму (GMAW-CMT/Pulse) при використанні кремнієвих бронз. У п’ятому розділі побудовані розрахункові скінченно-елементні моделі, здійснене комп’ютерне моделювання та проведений аналіз результатів скінченно-елементного моделювання компонент напружено-деформованого стану просторових виробів при адитивному дуговому наплавленні кремнієвої бронзи та жароміцного сплаву на основі нікелю у вигляді компактного присадного матеріалу. Встановлено, що причиною виникнення дефектів – тріщин при використанні кремнієвої бронзи та GMAW/GMAW-Pulse методів наплавлення є формування напружень розтягу, що перевищують границю міцності металу в області високих температур при багаторазових циклах нагріву та охолодження металу в процесі адитивного наплавлення. Досліджені термодеформаційні процеси при пошаровому плазмово-дуговому наплавленні жароміцного нікелевого припою SBM-4 у комбінації з двома варіантами основ для наплавлення. З метою підтвердження адекватності результатів попередніх розрахунків та можливості її подальшого застосування здійснена верифікація розробленої скінченно-елементної моделі та результатів комп’ютерного моделювання шляхом порівняння їх збіжності з отриманими експериментальними даними. У шостому розділі сформульовані технологічні рекомендації щодо процесу пошарового адитивного виготовлення просторових виробів з використанням тепла електричної дуги як джерела нагріву та компактного (дроти та прутки суцільного перетину) присадного матеріалу. Запропонована методика визначення технологічних втрат металу в процесі фінішної механічної обробки виготовлених різними способами дугового адитивного наплавлення просторових виробів. Спроектована та створена компьютерізована установка для адитивного дугового наплавлення виробів з числовим програмним керуванням на основі G-кодів. Наведені приклади виготовлених за сформульованими автором технічними рекомендаціями адитивно наплавлених виробів складної просторової форми. Ключові слова: адитивні технології, пошарове наплавлення, адитивний синтез, FDM технологія, 3D-друк, зварні з'єднання, зона термічного впливу, низьковуглецева сталь, алюмінієвий сплав, бронза, математичне моделювання, скінченно-елементне моделювання, напружено-деформований стан, металографічний аналіз, механічні характеристики, структури, розміри зерен