Контроль процесса прямого лазерного выращивания Inconel 718 в режиме реального времени с помощью лазерной эмиссионной спектроскопии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

С помощью атомной эмиссионной спектроскопии исследован газоплазменный факел, возникающей при лазерном селективном сплавлении различных сплавов. Показано, что тип используемого защитного газа влияет на спектральные характеристики. Использование гелия в качестве технологического газа по сравнению с аргоном снижает свечение в целом и вклады отдельных элементов в спектр в частности, что говорит о меньшей потере этих элементов через испарение при воздействии лазерного излучения.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Александр Анатольевич Голышев

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук

Email: alexgol@itam.nsc.ru
Россия, ул. Институтская, 4/1, Новосибирск, 630090

Николай Анатольевич Маслов

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: nmaslov@itam.nsc.ru
Россия, ул. Институтская, 4/1, Новосибирск, 630090

Сергей Александрович Константинов

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук

Email: azkin@mail.ru
Россия, ул. Институтская, 4/1, Новосибирск, 630090

Александр Геннадьевич Маликов

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук

Email: smalik707@yandex.ru
Россия, ул. Институтская, 4/1, Новосибирск, 630090

Список литературы

  1. Malikov A.G., Golyshev A.A., Vitoshkin I.E. Recent trends in laser welding and additive technologies (Review) // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2023. V. 64. No. 1. P. 31—49.
  2. Golyshev A.A., Malikov A.G., Orishich A.M., Gulov M.A., Ancharov A.I. The effect of using repetitively pulsed laser radiation in selective laser melting when creating a metal-matrix composite Ti—6Al—4V—B4C // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2021. V. 117. P. 1891—1904.
  3. Matsunawa A., Kim J.D. Basic understanding on beam-plasma interaction in laser welding // Pacific International Conference on Applications of Lasers and Optics. Laser Institute of America. 2006. V. 2006. No. 1. P. 128—133.
  4. Mrňa L., Šarbort M. Plasma bursts in deep penetration laser welding // Physics Procedia. 2014. V. 56. P. 1261—1267.
  5. Sun D., Cai Y., Wang Y., Wu Y., Wu Y. Effect of He–Ar ratio of side assisting gas on plasma 3D formation during CO2 laser welding // Optics and Lasers in Engineering. 2014. V. 56. P. 41—49.
  6. Kuo T.Y., Lin Y.D. Effects of different shielding gases and power waveforms on penetration characteristics and porosity formation in laser welding of Inconel 690 alloy // Materials transactions. 2007. V. 48. No. 2. P. 219—226.
  7. Ahn J., He E., Chen L., Dear J., Davies C. The effect of Ar and He shielding gas on fibre laser weld shape and microstructure in AA 2024-T3 // Journal of Manufacturing Processes. 2017. V. 29. P. 62—73.
  8. Bidare P., Bitharas I., Ward R.M., Attallah M.M., Moore A.J. Fluid and particle dynamics in laser powder bed fusion // Acta Materialia. 2018. V. 142. P. 107—120.
  9. Ye D., Zhu K., Fuh J.Y.H., Zhang Y., Soon H.G. The investigation of plume and spatter signatures on melted states in selective laser melting // Optics and Laser Technology. 2018. V. 111 (March). P. 395—406.
  10. You D.Y., Gao X.D., Katayama S. Review of laser welding monitoring // Sci. Technol. Weld. Join. 2014. V. 19. No. 3. P. 181—201.
  11. Collur M.M., Debroy T. Emission spectroscopy of plasma during laser welding of AISI 201 stainless steel // Metall. Mater. Trans. B. 1989. V. 20. No. 2. P. 277—286.
  12. Szymański Z., Kurzyna J., Kalita W. The spectroscopy of the plasma plume induced during laser welding of stainless steel and titanium // J. Phys. D. Appl. Phys. 1997. V. 30. No. 22. P. 3153–3162.
  13. Dai J., Wang X., Yang L., Huang J., Zhang Ya., Chen J. Study of plasma in laser welding of magnesium alloy // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2014. V. 73. No. 1—4. P. 443—447.
  14. Zhou L., Zhang M., Jin X., Zhang H., Mao C. Study on the burning loss of magnesium in fiber laser welding of an Al—Mg alloy by optical emission spectroscopy // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2017. V. 88. No. 5—8. P. 1373—1381.
  15. Song L., Wang C., Mazumder J. Identification of phase transformation using optical emission spectroscopy for direct metal deposition process // High Power Laser Mater. Process. Lasers, Beam Deliv. Diagnostics, Appl. 2012. V. 8239. P. 82390G.
  16. Hu Y., Chen H., Liang X., Xie J. Monitoring molten pool temperature, grain size and molten pool plasma with integrated area of the spectrum during laser additive manufacturing // Journal of Manufacturing Processes. 2021. V. 64 (February). P. 851—860.
  17. Schmidt M., Gorny S., Rüssmeier N., Partes K. Investigation of Direct Metal Deposition Processes Using High-Resolution In-line Atomic Emission Spectroscopy // Journal of Thermal Spray Technology. 2023. V. 32 (2—3). P. 586—598.
  18. Lough C.S., Escano L.I., Qu M., Smith C.C., Landers R.G., Bristow D.A., Chen L., Kinzel E.C. In-situ optical emission spectroscopy of selective laser melting // Journal of Manufacturing Processes. 2020. V. 53 (January). P. 336—341.
  19. Maslov N.A., Konstantinov S.A., Malikov A.G. Development of approaches to optical diagnostics of laser weld formation process in real time based on laser emission spectroscopy // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2023. V. 59. No. 6. P. 736—742.
  20. Tsibulskaya E., Maslov N. Decomposition of multi‐component fluorescence spectra by narrow peak method based on principal component analysis // Journal of Chemometrics. 2021. V. 35. No. 6. P. e3343.
  21. Manne R. On the resolution problem in hyphenated chromatography // Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems. 1995. V. 27. No. 1. P. 89—94.
  22. Abdullaev R.N., Khairulin R.A., Stankus S.V., Kozlovskii Yu.M. Density and volumetric expansion of the Inconel 718 alloy in solid and liquid states // Thermophysics and Aeromechanics. 2019. V. 26. No. 5. P. 785—788.
  23. Halstead W.D. A review of saturated vapour pressures and allied data for the principal corrosion products of iron, chromium, nickel and cobalt in flue gases // Corrosion Science. 1975. V. 15. No. 6—12. P. 603—625.
  24. Matthews M.J., Guss G., Khairallah S.A., Rubenchik A.M., Depond P.J., King W.E. Denudation of metal powder layers in laser powder-bed fusion processes / Additive manufacturing handbook. CRC Press, 2017. P. 677—692.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схемы газолазерного резака и проводимого эксперимента.

Скачать (283KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Спектры, измеренные при лазерном воздействии на образцы подложки из нержавеющей стали при использовании гелия или аргона в качестве защитного технологического газа.

Скачать (168KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Спектры, усредненные по 5 измерениям для разных мощностей лазерного излучения и типов защитного газа (а — аргон; б — гелий).

Скачать (331KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Пример представления спектров в виде суммы (а — исходный спектр; б — его непрерывная часть; в — его линейчатая часть).

Скачать (239KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Интенсивность линий хрома для разных мощностей лазерного излучения и типов защитного газа (а — аргон; б — гелий).

Скачать (162KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Анализ спектров МГК: а — ГК; б — невязка аппроксимации теплового спектра с помощью ГК; в — сравнение найденных компонент (пунктир) с теоретической зависимостью (сплошная линия); г — полный набор компонент.

Скачать (594KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Вклад компонент в сплошную часть спектра при использовании аргона (а — компонента 1780 К; б — компонента 2730 К; в — молекулярная компонента) и гелия (г — компонента 1780 К; д — компонента 2730 К; е — молекулярная компонента).

Скачать (365KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025