Abstrak
Komponen casing paduan aluminium rentan terhadap cacat seperti porositas dan retakan selama proses produksi dan servis, yang menyebabkan pembongkaran komponen dan pemborosan sumber daya. Penelitian ini berfokus pada komponen kedirgantaraan paduan aluminium ZL105A, menggunakan teknologi kelongsong laser untuk memperbaiki porositas yang terbentuk selama servis dengan menggunakan serbuk AlSi10Mg. Dengan menyesuaikan parameter proses dan melakukan analisis metalografi, porositas lapisan kelongsong dalam kondisi yang berbeda dievaluasi. Parameter proses yang optimal diidentifikasi sebagai: daya laser 1,6 ~ 1,8 kW, kecepatan pengumpanan serbuk 0,6 r/menit, aliran gas argon 4 L/menit, jarak pemindaian 1,2 mm, dan kecepatan pemindaian 600 mm/menit. Setelah perbaikan, densitas komponen mencapai 98,18%.

Pendahuluan
Dengan perkembangan teknologi manufaktur aditif logam, pelapisan laser telah menjadi metode penting untuk memperbaiki cacat komponen. Namun, paduan aluminium dicirikan oleh penyerapan laser yang rendah, konduktivitas termal yang tinggi, dan kerentanan terhadap oksidasi, yang, bersama dengan struktur kompleks dan fitur dinding tipis pada bagian casing, membuat perbaikan menjadi sulit. Berdasarkan kebutuhan produksi aktual, penelitian ini mengeksplorasi teknologi perbaikan kelongsong laser untuk selongsong paduan aluminium, yang memberikan dukungan teknis untuk pembuatan ulang komponen kedirgantaraan utama.

Penelitian Terkini tentang Teknologi Pelapisan Laser

Penelitian Domestik
Penelitian teknologi kelongsong laser di Tiongkok dimulai pada tahun 1990-an, dengan fokus utama pada optimalisasi parameter proses, kinerja material kelongsong, dan pengembangan peralatan. Sebagai contoh, Liu Xiubo dkk. mempelajari dampak kecepatan pemindaian pada struktur mikro dan kekerasan lapisan kelongsong. Wu Hongliang dkk. menggunakan paduan berbasis Ni untuk melapisi permukaan paduan titanium TA2 dengan laser, yang secara signifikan meningkatkan kekerasannya. Wang dkk. melakukan studi sistematis tentang sifat-sifat lapisan kelongsong Ti2Ni3Si / Ni3Ti. Perusahaan domestik, seperti Xi'an Bishi dan Bolite, secara aktif mengembangkan peralatan kelongsong laser. Namun, peralatan saat ini biasanya beroperasi pada 3000 ~ 6000 W dengan kedalaman kelongsong yang terbatas.

Penelitian Internasional
Penelitian tentang kelongsong laser dimulai lebih awal di luar negeri, yang mencakup kinerja material dan pengembangan peralatan. Sebagai contoh, Ignat dkk. menganalisis hubungan antara laju pengenceran dan parameter proses. Bernabe dkk. menggunakan bubuk Al-Si untuk melapisi paduan magnesium, mencapai kekerasan tinggi dan lapisan tahan korosi. Ocelik dkk. meningkatkan sifat gesekan dengan pelapisan laser TiB2 / Ti-6Al-4V. Perusahaan di luar negeri, seperti Lasermach di Belgia dan Nittany Laser di Amerika Serikat, telah mengembangkan peralatan untuk pelapisan laser pada permukaan internal, dengan daya berkisar antara 2000 hingga 6000 W dan kedalaman pemrosesan maksimum hingga 500 mm.

Metode Eksperimental

Peralatan dan Bahan
Eksperimen dilakukan dengan menggunakan sistem deposisi energi terarah laser LDM8060, yang dilengkapi dengan sistem pengumpanan serbuk koaksial, meja kerja lima sumbu, dan sistem proteksi gas argon. Bahan kelongsong yang digunakan adalah bubuk AlSi10Mg, yang dibuat dengan atomisasi, dengan kisaran ukuran partikel 53-105 μm, memastikan kemampuan las yang baik.

Desain Parameter Proses
Beberapa set parameter proses dibandingkan (lihat Tabel 1), dan parameter Grup B dan Grup C dipilih untuk verifikasi lebih lanjut:

Desain Perlengkapan
Perlengkapan khusus didesain untuk memperbaiki lubang internal pada bagian casing, dengan menggunakan lubang bagian bawah dan permukaan paralel untuk fiksasi. Perlengkapan ini memiliki pergeseran titik laser maksimum 1,5 mm selama rotasi, yang sedikit memengaruhi kualitas kelongsong.

Hasil dan Pembahasan

Analisis Kualitas Lapisan Cladding
Dengan menggunakan analisis metalografi dan perangkat lunak ImageJ untuk menentukan porositas secara statistik, hasilnya adalah sebagai berikut:

Parameter Grup B: Kedalaman kolam lelehan rata-rata 181,73 μm, jumlah pori rata-rata 274,67, dengan 98,58% pori yang memiliki diameter ≤ 50 μm.

Parameter Grup C: Kedalaman kolam lelehan rata-rata 961,63 μm, jumlah pori rata-rata 188,67, dengan 98,18% pori yang memiliki diameter ≤ 50 μm.

Di bawah parameter Grup C, kolam lelehan lebih dalam, dengan pori-pori yang jauh lebih sedikit, sehingga lebih cocok untuk memperbaiki cacat lubang yang dalam.

Tes Perbaikan Bagian Aktual
Pengujian kelongsong dilakukan di bawah perlindungan gas argon (kandungan oksigen <200 ppm) dan di udara. Lapisan kelongsong di bawah perlindungan argon lebih seragam dan padat, sementara partikel yang sudah teragregasi muncul di kelongsong udara. Setelah perbaikan, pemotongan dilakukan, tetapi ketidaksejajaran dalam pemusatan mengakibatkan pemotongan lapisan kelongsong yang tidak rata, yang menunjukkan bahwa presisi penyelarasan fixture perlu ditingkatkan.

Kesimpulan
Melalui optimasi parameter proses, parameter optimal untuk memperbaiki selongsong paduan aluminium ZL105A diidentifikasi sebagai: daya laser 1,6 ~ 1,8 kW, kecepatan pengumpanan serbuk 0,6 r/menit, aliran gas argon 4 L/menit, jarak pindai 1,2 mm, dan kecepatan pindai 600 mm/menit.

Lapisan kelongsong di bawah perlindungan argon menunjukkan kualitas yang superior, tetapi dengan biaya yang lebih tinggi.

Selubung udara, meskipun lebih efisien dan hemat biaya, menghasilkan lapisan yang kurang seragam.

Dalam perbaikan yang sebenarnya, akurasi pemusatan perlengkapan harus dipastikan untuk menjamin integritas lapisan kelongsong dan kualitas pemrosesan.