目前零部件修複的方法有激光熔覆、真空釺焊、真空塗層法、鎢極惰性氣體(ti) 保護焊(TIG)和等離子體(ti) 熔覆修複等方法。激光熔覆是根據工件的工況要求,熔覆各種設計成分的金屬或者非金屬,製備耐熱、耐蝕、耐磨、抗氧化、抗疲勞或具有光、電、磁特性的表麵覆層。
激光熔覆是一種快速冷卻的過程,熔覆過程中對修複工件的熱輸入量少,熱影響區小,熔覆層組織細小,易於(yu) 實現自動化等,因此使用激光熔覆的方法來修複轉子等零部件比其它的方法具有更大的優(you) 勢。激光熔覆技術解決(jue) 了傳(chuan) 統電焊、氬弧焊等熱加工過程中不可避免的熱變形、熱疲勞損傷(shang) 等一係列技術難題,同時也解決(jue) 了傳(chuan) 統電鍍、噴塗等冷加工過程中覆層與(yu) 基體(ti) 結合強度差的矛盾,這就為(wei) 表麵修複提供了一個(ge) 很好的途徑。
本文綜述了激光熔覆技術在表麵修複中的應用,概括了國內(nei) 外激光修複技術在不同零件和不同的失效情況上的研究發展,並對激光熔覆在表麵修複中的應用前景進行了展望。
激光熔覆轉子葉片的修複
激光熔覆轉子葉片又稱動葉,是隨同轉子高速旋轉的葉片,通過葉片的高速旋轉實現氣流與(yu) 轉子間的能量轉換。轉子葉片承受很大的質量慣性力、較大的氣動力和振動載荷,還要承受環境介質的腐蝕與(yu) 氧化,以及高速運行微小粒子的衝(chong) 蝕,但加工比較困難,渦輪轉子葉片還要在高溫狀態下工作。轉子葉片是直接影響發動機性能、可靠性和壽命的關(guan) 鍵零件,並且其工作條件十分惡劣容易損壞,所以對材料性能的要求也大大的提高,同時提高了材料的經濟成本,也為(wei) 其做修複帶來廣闊的市場。激光熔覆工藝在轉子葉片上的應用已經的到了很好的研究,這也為(wei) 其在修複方麵的應用提供了有利的前提。
激光熔覆技術航空發動機葉片的修複,目前航空發動機葉片大都采用鑄造鎳基高溫合金和定向凝固鎳基高溫合金來製造。鑄造鎳基高溫葉片和定向凝固葉片在生產(chan) 過程中可能存在局部缺陷,如現縮鬆、縮孔等鑄造缺陷。
激光熔覆技術具有局部加熱和低熱輸入量等優(you) 點,同時,激光熔覆技術超高的溫度梯度有利於(yu) 材料的定向凝固生長。因此國內(nei) 外對激光熔覆技術修複高附加值的葉片開展了廣泛的研究並在工業(ye) 上已成功應用。同時,對激光熔覆技術與(yu) 堆焊、TIG焊和等離子體(ti) 熔覆進行了比較研究。DavidW.Gandy等人的研究工作指出,在優(you) 化激光工藝條件下,實現了IN-738基體(ti) 上激光熔覆逐層沉積IN-939,獲得了質量良好的沉積層。
德國FraumhoferILT研究所對Ti-6Al-4V和Ti-17葉片進行了激光修複並取得了成功。L.Sexton等人采用Inconel625和Rene142鎳基高溫合金進行激光熔覆修複葉片,指出激光熔覆層比TIG塗層具有較小的熱影響區和稀釋率,良好的微觀組織、較高的硬度和較低的氣孔率。L.shepeleva等通過試驗比較了葉片激光熔覆層和等離子體(ti) 熔覆層的優(you) 劣,指出激光熔覆層比等離子體(ti) 熔覆層有更高的硬度,無裂紋和氣孔,良好的結合界麵。1981年Rolls-Royce公司對RB211飛機發動機高壓葉片連鎖。GE公司已將激光熔覆技術用於(yu) 航空發動機鎳基高溫合金葉片的修複,並且獲得了很好的效果。
汽輪機葉片的修複
汽輪機葉片在電力工業(ye) 中將高溫高壓氣體(ti) 的線性運動轉變成汽輪機軸的轉動。汽輪機葉片的失效形式主要有兩(liang) 種:一種是葉片斷裂,主要發生在葉片的根部,這種失效是不可修複的;另一種失效形式是氣蝕,主要是發生在葉片頂端麵或根部,氣蝕損傷(shang) 的葉片是可以修複再利用的。
激光熔覆在燃氣輪機熱端部件修複上的運用應首推GE公司,該公司在1990年采用5kwCO2激光加工熱層堆焊接長修複了高壓渦輪葉片的葉尖,並稱為(wei) 該公司十大新技術之一。後來美國的LiburdiEngineeringLimited也在JT8D發動機轉子葉片的葉尖與(yu) 葉冠修複上,研究發展了一套高自動化的激光熔敷係統。德國馬達和燃氣輪機聯合公司(MTU)維修公司與(yu) 漢諾威激光研究中心,發展了激光熔覆堆焊技術用於(yu) 渦輪葉片冠部阻力麵的硬麵敷層或恢複幾何尺寸。美國Westinghouse公司用該技術修複長1.2m的蒸汽機葉片前端的水蝕。Pratt&Whitney公司用6kW激光器,在鎳基合金汽輪機葉片上成功熔覆鈷基合金。在美國俄克拉馬州Tinker空軍(jun) 基地的後勤維修中心,每年要有約1200台發動機進行大修,僅(jin) 葉片修複一項每年可獲得若幹億(yi) 美元的效益。
國內(nei) 的汽輪機葉片修複技術在近十年裏也得到了大幅度的發展。從(cong) 工藝的調配到熔覆材料的選擇上都以取得長足進步。如蘭(lan) 州理工大學常年來對激光熔覆技術修複材料進行研究,在該領域取得了一定的成果,且與(yu) 蘭(lan) 州長城機械廠合作對煙氣輪機葉片等零部件的激光熔覆修複技術進行研究,並且取得了成功以規模化投入生產(chan) 。
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