الخلاصة
تتعرض أجزاء غلاف سبائك الألومنيوم للعيوب مثل المسامية والتشققات أثناء التصنيع والخدمة، مما يؤدي إلى تخريد الأجزاء وإهدار الموارد. تركّز هذه الدراسة على أجزاء سبائك الألومنيوم ZL105A المصنوعة من سبائك الألومنيوم الفضائية، باستخدام تقنية الكسوة بالليزر لإصلاح المسامية التي تكونت أثناء الخدمة باستخدام مسحوق AlSi10Mg. تم تقييم مسامية طبقة الكسوة في ظل ظروف مختلفة من خلال تعديل معاملات العملية وإجراء تحليل ميتالوغرافي. تم تحديد معلمات المعالجة المثلى على النحو التالي: طاقة الليزر 1.6 ~ 1.8 كيلو وات، وسرعة تغذية المسحوق 0.6 دورة/دقيقة، وتدفق غاز الأرجون 4 لتر/دقيقة، ومسافة المسح 1.2 مم، وسرعة المسح 600 مم/دقيقة. بعد الإصلاح، وصلت كثافة الجزء إلى 98.18%.
مقدمة
مع تطور تقنيات تصنيع الإضافات المعدنية، أصبحت الكسوة بالليزر طريقة مهمة لإصلاح عيوب الأجزاء. ومع ذلك، تتميز سبائك الألومنيوم بانخفاض امتصاص الليزر، والتوصيل الحراري العالي، وقابلية التأكسد، والتي، إلى جانب البنية المعقدة وخصائص الجدار الرقيق لأجزاء الغلاف، تجعل الإصلاح صعبًا. استنادًا إلى احتياجات الإنتاج الفعلية، تستكشف هذه الدراسة تقنية إصلاح الكسوة بالليزر لأغلفة سبائك الألومنيوم، مما يوفر الدعم الفني لإعادة تصنيع المكونات الرئيسية في مجال الطيران.
الأبحاث الحالية حول تقنية التكسية بالليزر
الأبحاث المحلية
بدأت بحوث تكنولوجيا الكسوة بالليزر في الصين في التسعينيات، مع التركيز بشكل أساسي على تحسين معلمات العملية وأداء مواد الكسوة وتطوير المعدات. على سبيل المثال، درس ليو شيوبو وآخرون تأثير سرعة المسح على البنية المجهرية وصلابة طبقة الكسوة. واستخدم وو هونغليانغ وآخرون سبائك أساسها النيكل لتكسية سطح سبيكة التيتانيوم TA2 بالليزر، مما زاد من صلابتها بشكل كبير. وأجرى وانغ وآخرون دراسة منهجية لخصائص طبقة الكسوة Ti2Ni3Si/Ni3Ti. وتعمل شركات محلية، مثل شيان بيشي وبوليت، بنشاط على تطوير معدات التكسية بالليزر. ومع ذلك، فإن المعدات الحالية تعمل عادةً بقدرة 3000 ~ 6000 واط مع عمق تكسية محدود.
البحوث الدولية
بدأت الأبحاث حول الكسوة بالليزر في وقت سابق في الخارج، وشملت أداء المواد وتطوير المعدات. على سبيل المثال، حلل إجنات وآخرون العلاقة بين معدل التخفيف ومعلمات العملية. واستخدم برنابي وآخرون مسحوق Al-Si لتكسية سبائك المغنيسيوم وتحقيق صلابة عالية وطلاءات مقاومة للتآكل. قام أوسيليك وآخرون بتحسين خصائص الاحتكاك عن طريق تكسية TiB2/Ti-6Al-4V بالليزر. وقد طورت شركات في الخارج، مثل Lasermach في بلجيكا وNittany Laser في الولايات المتحدة الأمريكية، معدات للتكسية بالليزر على الأسطح الداخلية، بقدرة تتراوح بين 2000 و6000 واط وأقصى عمق للمعالجة يصل إلى 500 مم.
الطرق التجريبية
المعدات والمواد
أُجريت التجارب باستخدام نظام ترسيب الطاقة الموجهة بالليزر LDM8060، المجهز بنظام تغذية مسحوق محوري، ومنضدة عمل خماسية المحاور، ونظام حماية بغاز الأرجون. كانت مادة الكسوة المستخدمة عبارة عن مسحوق AlSi10Mg، الذي تم تحضيره عن طريق الانحلال، مع نطاق حجم جسيمات يتراوح بين 53-105 ميكرومتر، مما يضمن قابلية لحام جيدة.
تصميم معلمة العملية
تمت مقارنة عدة مجموعات من بارامترات العملية (انظر الجدول 1)، وتم اختيار بارامترات المجموعة ب وبارامترات المجموعة ج لمزيد من التحقق:
| مجموعة المعلمات | طاقة الليزر (كيلوواط) | سرعة تغذية المسحوق (ص-دقيقة-¹) | تدفق غاز الأرجون (لتر-دقيقة-دقيقة¹) | تباعد المسح الضوئي (مم) | سرعة المسح الضوئي (مم-دقيقة-¹) |
| المجموعة ب | 1.6 | 0.6 | 5 | 1.2 | 600 |
| المجموعة ج | 1.6 (الطبقة الأولى) | 0.6 | 4 | 1.2 | 600 |
تصميم التركيبات
تم تصميم أداة تثبيت متخصصة لإصلاح الثقوب الداخلية في أجزاء الغلاف، باستخدام الثقوب السفلية للجزء والأسطح المتوازية للتثبيت. وكان الحد الأقصى لانزياح بقعة الليزر في التركيبات هو 1.5 مم أثناء الدوران، مما أثر قليلاً على جودة الكسوة.
النتائج والمناقشة
تحليل جودة طبقة الكسوة
باستخدام التحليل الميتالوغرافي وبرنامج ImageJ لتحديد المسامية إحصائيًا، كانت النتائج على النحو التالي:
معلمات المجموعة ب: متوسط عمق تجمع الذوبان 181.73 ميكرومتر، ومتوسط عدد المسام 274.67، مع 98.58% من المسام التي يبلغ قطرها ≤ 50 ميكرومتر.
معلمات المجموعة C: متوسط عمق تجمع الذوبان 961.63 ميكرومتر، ومتوسط عدد المسام 188.67، مع 98.18% من المسام التي يبلغ قطرها ≤ 50 ميكرومتر.
في إطار معايير المجموعة C، يكون حوض الذوبان أعمق، مع عدد أقل بكثير من المسام، مما يجعله أكثر ملاءمة لإصلاح عيوب الحفرة العميقة.
اختبار إصلاح الأجزاء الفعلية
أجريت اختبارات الكسوة تحت حماية غاز الأرجون (محتوى الأكسجين <200 جزء في المليون) وفي الهواء. كانت طبقة الكسوة تحت الحماية بغاز الأرجون أكثر اتساقًا وكثافة، بينما ظهرت جسيمات متجمعة مسبقًا في الكسوة الهوائية. بعد الإصلاح، تم إجراء القطع، ولكن أدى سوء المحاذاة في التمركز إلى قطع غير متساوٍ لطبقة الكسوة، مما يشير إلى أن دقة محاذاة التجهيزات تحتاج إلى تحسين.
خاتمة
من خلال تحسين معلمة العملية، تم تحديد المعلمات المثلى لإصلاح أغلفة سبائك الألومنيوم ZL105A على النحو التالي: طاقة الليزر 1.6 ~ 1.8 كيلو وات، وسرعة تغذية المسحوق 0.6 دورة/دقيقة، وتدفق غاز الأرجون 4 لتر/دقيقة، ومسافة المسح 1.2 مم، وسرعة المسح 600 مم/دقيقة.
أظهرت طبقة الكسوة تحت حماية الأرجون جودة أعلى، ولكن بتكلفة أعلى.
على الرغم من أن الكسوة الهوائية أكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة، إلا أنها أدت إلى طبقة أقل اتساقًا.
في الإصلاحات الفعلية، يجب ضمان دقة توسيط التركيبات لضمان سلامة طبقة الكسوة وجودة المعالجة.
شيلدون لي
الدكتور شيلدون لي - كبير المهندسين، تطوير معدات التصنيع الإضافي. يُعدّ الدكتور شيلدون لي مهندسًا بارزًا وقائدًا تقنيًا متخصصًا في البحث والتطوير لمعدات التصنيع الإضافي. وبصفته خبيرًا حاصلًا على درجة الدكتوراه في المعادن غير الحديدية، فإن فهمه العميق لخصائص المواد يمنحه ميزة فريدة في مجال تطوير المعدات. وتتمحور خبرته حول تصميم وتطوير معدات متطورة للتصنيع الإضافي، مع تخصص خاص في معدات الترسيب لطلاءات المعادن الوظيفية الخاصة. ويشمل ذلك تقنيات مثل الترسيب المعدني بالليزر (LMD)، والرش البارد، والترسيب الفيزيائي للبخار (PVD) لإنشاء طلاءات مقاومة للتآكل،...
