Abstract
Lasercladdingtechnologie gebruikt een laserstraal met hoge energiedichtheid om legeringspoeders met verschillende samenstellingen en eigenschappen snel te smelten en te stollen op het oppervlak van een substraat, waardoor een slijtvaste, corrosiebestendige en oxidatiebestendige claddinglaag wordt gevormd. Dit proces verbetert de oppervlakteprestaties van het basismateriaal aanzienlijk en bespaart kosten. Verder kan lasercladding gebruikt worden om beschadigde onderdelen die ontstaan zijn tijdens fabricage en service te repareren door materiaal op te bouwen in niet-conforme afmetingen en de geometrie van het onderdeel te herstellen door middel van machinale bewerking. Dit artikel richt zich op de reparatie van ventilatorbladen van een TC4-legering die worden gebruikt in een vliegtuigmotor. Deze bladen hebben aanzienlijke schade opgelopen tijdens productie en gebruik, wat heeft geleid tot hogere productie- en operationele kosten. Door lasercladding toe te passen voor de reparatie en herfabricage van de beschadigde bladen van titaniumlegering, worden de oppervlakte-eigenschappen van het materiaal verbeterd en defecte onderdelen hersteld, waardoor de kosten voor het vervangen van nieuwe onderdelen aanzienlijk worden verlaagd. In dit onderzoek werd de TC4-legering gekozen als substraatmateriaal en werd geschikt TC4-legeringpoeder gekozen voor de bekleding. Het onderzoek onderzoekt systematisch de effecten van belangrijke procesparameters, zoals laservermogen, scansnelheid en poedertoevoersnelheid, op de afmetingen, microstructuur, defectbeheersing en mechanische eigenschappen van de claddinglaag, wat resulteert in geoptimaliseerde procesparameters voor lasercladding voor de reparatie van bladen van een TC4-legering.

Details reparatietechnologie

Pre-repair behandeling: Niet-destructief onderzoek wordt uitgevoerd op de beschadigde messen om de aangetaste gebieden en de omvang van de schade te identificeren. Een combinatie van mechanisch slijpen en chemisch reinigen wordt gebruikt om de oxide- en verontreinigingslagen aan het oppervlak te verwijderen, zodat het substraatoppervlak schoon en geactiveerd is.

Selectie van bekledingsmateriaal: TC4 titaanlegeringspoeder (deeltjesgrootte 45-150 μm), dat qua samenstelling dicht bij het substraat ligt, wordt geselecteerd om een goede metallurgische binding en compatibiliteit tussen de bekledingslaag en het substraat te garanderen.

Optimalisatie van procesparameters: Door middel van orthogonale en single-factor experimenten zijn de effecten van laservermogen (800-2000 W), scansnelheid (5-15 mm/s) en poedertoevoersnelheid (1,5-4,5 g/min) op de breedte, hoogte, verdunningssnelheid en microstructuur van de claddinglaag bestudeerd. Het bleek dat het afstemmen van laservermogen en scansnelheid cruciaal is voor het onderdrukken van defecten zoals porositeit en scheuren.

Procescontrole bekleding: De cladding wordt uitgevoerd met behulp van een coaxiaal poedertoevoersysteem in een argon-beschermde omgeving om oxidatie bij hoge temperatuur van de titaniumlegering te voorkomen. Er wordt een overlapstrategie met meerdere lagen gebruikt om het grote beschadigde gebied gelijkmatig te repareren, terwijl de temperatuur tussen de lagen onder de 200°C wordt gehouden om de accumulatie van thermische spanning te beperken.

Post-reparatiebehandeling en prestatieherstel: Na het cladden wordt een spanningsverlagende gloeibehandeling uitgevoerd (700-800°C gedurende 2 uur). Precisiebewerkingsmethoden, zoals CNC-slijpen, worden gebruikt om het bladprofiel en de maatnauwkeurigheid te herstellen. Tot slot worden oppervlaktepolijsten en shotpeening toegepast om de vermoeiingsprestaties te verbeteren.

Kwaliteitsinspectie en -validatie: Het gerepareerde gebied wordt onderworpen aan röntgeninspectie, metallografische analyse, microhardheidstests en trektests om er zeker van te zijn dat de claddinglaag geen defecten vertoont, een uniforme microstructuur heeft en dat de mechanische eigenschappen voldoen aan de vereiste specificaties.