Abstrakcyjny
Części obudowy ze stopu aluminium są podatne na wady, takie jak porowatość i pęknięcia podczas produkcji i eksploatacji, co prowadzi do złomowania części i marnotrawstwa zasobów. Niniejsze badanie koncentruje się na częściach lotniczych ze stopu aluminium ZL105A, wykorzystując technologię napawania laserowego do naprawy porowatości powstałej podczas eksploatacji przy użyciu proszku AlSi10Mg. Dostosowując parametry procesu i przeprowadzając analizę metalograficzną, oceniono porowatość warstwy napawania w różnych warunkach. Optymalne parametry procesu to: moc lasera 1,6~1,8 kW, prędkość podawania proszku 0,6 obr/min, przepływ argonu 4 l/min, odstęp skanowania 1,2 mm i prędkość skanowania 600 mm/min. Po naprawie gęstość części osiągnęła 98,18%.

Wprowadzenie
Wraz z rozwojem technologii wytwarzania przyrostowego metali, napawanie laserowe stało się ważną metodą naprawy wad części. Jednak stopy aluminium charakteryzują się niską absorpcją lasera, wysoką przewodnością cieplną i podatnością na utlenianie, co wraz ze złożoną strukturą i cienkimi ściankami części obudowy utrudnia naprawę. Opierając się na rzeczywistych potrzebach produkcyjnych, niniejsze badanie bada technologię laserowej naprawy obudów ze stopów aluminium, zapewniając wsparcie techniczne dla regeneracji kluczowych komponentów lotniczych.

Aktualne badania nad technologią napawania laserowego

Badania krajowe
Badania nad technologią napawania laserowego w Chinach rozpoczęły się w latach 90-tych, koncentrując się głównie na optymalizacji parametrów procesu, wydajności materiałów napawanych i rozwoju sprzętu. Na przykład Liu Xiubo i in. badali wpływ prędkości skanowania na mikrostrukturę i twardość warstwy napawanej. Wu Hongliang i in. wykorzystali stopy na bazie niklu do laserowego napawania powierzchni stopu tytanu TA2, znacznie zwiększając jego twardość. Wang i in. przeprowadzili systematyczne badania właściwości warstwy okładzinowej Ti2Ni3Si/Ni3Ti. Firmy krajowe, takie jak Xi'an Bishi i Bolite, aktywnie rozwijają sprzęt do napawania laserowego. Jednak obecne urządzenia zazwyczaj pracują z mocą 3000~6000 W przy ograniczonej głębokości napawania.

Badania międzynarodowe
Badania nad napawaniem laserowym rozpoczęły się wcześniej za granicą, obejmując wydajność materiałów i rozwój sprzętu. Na przykład Ignat i in. przeanalizowali związek między stopniem rozcieńczenia a parametrami procesu. Bernabe i in. wykorzystali proszek Al-Si do napawania stopów magnezu, uzyskując wysoką twardość i powłoki odporne na korozję. Ocelik i in. poprawili właściwości cierne poprzez napawanie laserowe TiB2/Ti-6Al-4V. Firmy zagraniczne, takie jak Lasermach w Belgii i Nittany Laser w USA, opracowały sprzęt do napawania laserowego na powierzchniach wewnętrznych, o mocy od 2000 do 6000 W i maksymalnej głębokości obróbki do 500 mm.

Metody eksperymentalne

Sprzęt i materiały
Eksperymenty przeprowadzono przy użyciu systemu do napawania laserowego LDM8060, wyposażonego we współosiowy system podawania proszku, pięcioosiowy stół roboczy i system ochrony przed argonem. Zastosowanym materiałem platerującym był proszek AlSi10Mg, przygotowany metodą atomizacji, o zakresie wielkości cząstek 53-105 μm, zapewniający dobrą spawalność.

Projektowanie parametrów procesu
Porównano kilka zestawów parametrów procesu (patrz Tabela 1), a do dalszej weryfikacji wybrano parametry grupy B i grupy C:

Konstrukcja urządzenia
Specjalistyczny uchwyt został zaprojektowany do naprawy wewnętrznych otworów w częściach obudowy, wykorzystując dolne otwory części i równoległe powierzchnie do mocowania. Uchwyt miał maksymalne przesunięcie plamki lasera wynoszące 1,5 mm podczas obrotu, co nieznacznie wpłynęło na jakość okładziny.

Wyniki i dyskusja

Analiza jakości warstwy okładziny
Wykorzystując analizę metalograficzną i oprogramowanie ImageJ do statystycznego określenia porowatości, uzyskano następujące wyniki:

Parametry grupy B: Średnia głębokość basenu stopu 181,73 μm, średnia liczba porów 274,67, z 98,58% porów o średnicy ≤ 50 μm.

Parametry grupy C: Średnia głębokość basenu stopu 961,63 μm, średnia liczba porów 188,67, z 98,18% porów o średnicy ≤ 50 μm.

Zgodnie z parametrami grupy C, jeziorko stopu jest głębsze i ma znacznie mniej porów, dzięki czemu jest bardziej odpowiednie do naprawy głębokich uszkodzeń otworów.

Rzeczywisty test naprawy części
Testy okładzin przeprowadzono w osłonie argonu (zawartość tlenu <200 ppm) i w powietrzu. Warstwa okładziny w osłonie argonu była bardziej jednolita i gęsta, podczas gdy w okładzinie powietrznej pojawiły się wstępnie zagregowane cząstki. Po naprawie wykonano cięcie, ale niewspółosiowość w centrowaniu spowodowała nierówne cięcie warstwy okładziny, wskazując, że precyzja wyrównania osprzętu wymaga poprawy.

Wniosek
Poprzez optymalizację parametrów procesu, optymalne parametry dla naprawy obudów ze stopu aluminium ZL105A zostały zidentyfikowane jako: moc lasera 1,6 ~ 1,8 kW, prędkość podawania proszku 0,6 r / min, przepływ gazu argonowego 4 L / min, odstęp skanowania 1,2 mm i prędkość skanowania 600 mm / min.

Warstwa okładziny pod osłoną argonu wykazywała lepszą jakość, ale przy wyższych kosztach.

Okładziny powietrzne, choć bardziej wydajne i opłacalne, skutkowały mniej jednolitą warstwą.

W rzeczywistych naprawach należy zapewnić dokładność centrowania osprzętu, aby zagwarantować integralność warstwy okładziny i jakość obróbki.