Περίληψη
Η τεχνολογία επικάλυψης με λέιζερ χρησιμοποιεί μια δέσμη λέιζερ υψηλής ενεργειακής πυκνότητας για την ταχεία τήξη και στερεοποίηση κόνεων κράματος με ποικίλες συνθέσεις και ιδιότητες στην επιφάνεια ενός υποστρώματος, σχηματίζοντας ένα ανθεκτικό στη φθορά, τη διάβρωση και την οξείδωση στρώμα επικάλυψης. Η διαδικασία αυτή βελτιώνει σημαντικά την επιφανειακή απόδοση του βασικού υλικού, ενώ παράλληλα εξοικονομεί κόστος. Επιπλέον, η επικάλυψη με λέιζερ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επισκευή κατεστραμμένων εξαρτημάτων που παράγονται κατά την κατασκευή και τη συντήρηση, με τη δημιουργία υλικού σε μη συμβατές διαστάσεις και την αποκατάσταση της γεωμετρίας του εξαρτήματος μέσω της επακόλουθης κατεργασίας. Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στην επισκευή πτερυγίων ανεμιστήρων από κράμα TC4 που χρησιμοποιούνται σε κινητήρα αεροσκάφους, τα οποία έχουν υποστεί σημαντικές ζημιές κατά την παραγωγή και τη χρήση, με αποτέλεσμα αυξημένο κόστος κατασκευής και λειτουργίας. Με την εφαρμογή επένδυσης με λέιζερ για την επισκευή και ανακατασκευή των κατεστραμμένων πτερυγίων από κράμα τιτανίου, βελτιώνονται οι επιφανειακές ιδιότητες του υλικού και αποκαθίστανται τα ελαττωματικά εξαρτήματα, μειώνοντας σημαντικά το κόστος αντικατάστασης νέων εξαρτημάτων. Στην παρούσα μελέτη, επιλέχθηκε το κράμα TC4 ως υλικό υποστρώματος και επιλέχθηκε κατάλληλη σκόνη κράματος TC4 για την επένδυση. Η έρευνα διερευνά συστηματικά τις επιδράσεις των βασικών παραμέτρων της διαδικασίας, όπως η ισχύς του λέιζερ, η ταχύτητα σάρωσης και ο ρυθμός τροφοδοσίας της σκόνης, στις διαστάσεις του στρώματος επικάλυψης, τη μικροδομή, τον έλεγχο των ελαττωμάτων και τις μηχανικές ιδιότητες, με αποτέλεσμα τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων της διαδικασίας επικάλυψης με λέιζερ για την επισκευή λεπίδων από κράμα TC4.

Λεπτομέρειες τεχνολογίας επισκευής

Θεραπεία πριν από την επισκευή: Πραγματοποιείται μη καταστροφικός έλεγχος στις κατεστραμμένες λεπίδες για τον εντοπισμό των επηρεαζόμενων περιοχών και της έκτασης της βλάβης. Χρησιμοποιείται συνδυασμός μηχανικής λείανσης και χημικού καθαρισμού για την απομάκρυνση των επιφανειακών στρωμάτων οξειδίου και ρύπων, εξασφαλίζοντας ότι η επιφάνεια του υποστρώματος είναι καθαρή και ενεργοποιημένη.

Επιλογή υλικού επένδυσης: Επιλέγεται σκόνη από κράμα τιτανίου TC4 (εύρος μεγέθους σωματιδίων 45-150 μm), η οποία είναι κοντά στη σύνθεση του υποστρώματος, ώστε να εξασφαλίζεται καλή μεταλλουργική συγκόλληση και συμβατότητα μεταξύ του στρώματος επικάλυψης και του υποστρώματος.

Βελτιστοποίηση παραμέτρων διεργασίας: Μέσω ορθογώνιων και μονοπαραγοντικών πειραμάτων, μελετώνται οι επιδράσεις της ισχύος του λέιζερ (800-2000 W), της ταχύτητας σάρωσης (5-15 mm/s) και του ρυθμού τροφοδοσίας σκόνης (1,5-4,5 g/min) στο πλάτος, το ύψος, το ποσοστό αραίωσης και τη μικροδομή του στρώματος επικάλυψης. Διαπιστώθηκε ότι η προσαρμογή της ισχύος του λέιζερ και της ταχύτητας σάρωσης είναι καθοριστικής σημασίας για την καταστολή ατελειών όπως το πορώδες και η ρηγμάτωση.

Έλεγχος διαδικασίας επένδυσης: Η επικάλυψη πραγματοποιείται με τη χρήση ομοαξονικού συστήματος τροφοδοσίας σκόνης σε περιβάλλον προστατευμένο από αργό για την αποφυγή οξείδωσης του κράματος τιτανίου σε υψηλές θερμοκρασίες. Χρησιμοποιείται μια στρατηγική επικάλυψης πολλαπλών περασμάτων για την επίτευξη ομοιόμορφης επισκευής της μεγάλης περιοχής βλάβης, ενώ ελέγχεται η θερμοκρασία μεταξύ των στρώσεων σε επίπεδα κάτω των 200°C για τη μείωση της συσσώρευσης θερμικών τάσεων.

Θεραπεία μετά την επισκευή και αποκατάσταση επιδόσεων: Μετά την επικάλυψη, πραγματοποιείται επεξεργασία ανόπτησης για την ανακούφιση από τις τάσεις (700-800°C για 2 ώρες). Χρησιμοποιούνται μέθοδοι κατεργασίας ακριβείας, όπως η λείανση CNC, για την αποκατάσταση του προφίλ της λεπίδας και της ακρίβειας των διαστάσεων. Τέλος, εφαρμόζεται επιφανειακή στίλβωση και αμμοβολή για την ενίσχυση της απόδοσης σε κόπωση.

Επιθεώρηση και επικύρωση ποιότητας: Η επισκευασμένη περιοχή υποβάλλεται σε επιθεώρηση με ακτίνες Χ, μεταλλογραφική ανάλυση, δοκιμή μικροσκληρότητας και δοκιμή εφελκυσμού για να διασφαλιστεί ότι το στρώμα επικάλυψης είναι απαλλαγμένο από ελαττώματα, με ομοιόμορφη μικροδομή και ότι οι μηχανικές ιδιότητες πληρούν τις απαιτούμενες προδιαγραφές.