Резюме
Детали корпусов из алюминиевого сплава подвержены дефектам, таким как пористость и трещины, возникающим в процессе производства и эксплуатации, что приводит к браку деталей и растрате ресурсов. В данном исследовании основное внимание уделяется деталям из алюминиевого сплава ZL105A, используемого в аэрокосмической отрасли, и применению технологии лазерной наплавки для устранения пористости, образовавшейся в процессе эксплуатации, с использованием порошка AlSi10Mg. Путем корректировки параметров процесса и проведения металлографического анализа была оценена пористость наплавленного слоя в различных условиях. Были определены оптимальные параметры процесса: мощность лазера 1.6–1.8 кВт, скорость подачи порошка 0.6 об/мин, поток аргона 4 л/мин, шаг сканирования 1.2 мм и скорость сканирования 600 мм/мин. После ремонта плотность детали достигла 98.18%.

Введение
С развитием технологий аддитивного производства металлов лазерная наплавка стала важным методом ремонта дефектов деталей. Однако алюминиевые сплавы характеризуются низким поглощением лазерного излучения, высокой теплопроводностью и склонностью к окислению, что, наряду со сложной структурой и тонкостенными элементами корпусов, затрудняет ремонт. Исходя из реальных производственных потребностей, в данном исследовании рассматривается технология ремонта корпусов из алюминиевых сплавов методом лазерной наплавки, что обеспечивает техническую поддержку при восстановлении ключевых компонентов аэрокосмической отрасли.

Современные исследования в области технологии лазерной наплавки

Внутренние исследования
Исследования в области технологии лазерной наплавки в Китае начались в 1990-х годах и были сосредоточены главным образом на оптимизации параметров процесса, характеристиках наплавляемых материалов и разработке оборудования. Например, Лю Сиубо и др. изучали влияние скорости сканирования на микроструктуру и твердость наплавляемого слоя. У Хунлян и др. использовали сплавы на основе никеля для лазерной наплавки поверхности титанового сплава TA2, значительно повысив его твердость. Ван и др. провели систематическое исследование свойств наплавляемого слоя Ti2Ni3Si/Ni3Ti. Отечественные компании, такие как Xi'an Bishi и Bolite, активно разрабатывают оборудование для лазерной наплавки. Однако существующее оборудование обычно работает при мощности 3000–6000 Вт с ограниченной глубиной наплавки.

Международные исследования
За рубежом исследования в области лазерной наплавки начались раньше и охватывали как характеристики материалов, так и разработку оборудования. Например, Игнат и др. проанализировали зависимость между степенью разбавления и параметрами процесса. Бернабе и др. использовали порошок Al-Si для наплавки магниевых сплавов, достигнув высокой твердости и коррозионной стойкости покрытий. Очелик и др. улучшили фрикционные свойства путем лазерной наплавки TiB2/Ti-6Al-4V. За рубежом такие компании, как Lasermach в Бельгии и Nittany Laser в США, разработали оборудование для лазерной наплавки внутренних поверхностей с мощностью от 2000 до 6000 Вт и максимальной глубиной обработки до 500 мм.

Экспериментальные методы

Оборудование и материалы
Эксперименты проводились с использованием системы лазерного напыления LDM8060, оснащенной коаксиальной системой подачи порошка, пятиосевым рабочим столом и системой защиты аргоном. В качестве наплавляемого материала использовался порошок AlSi10Mg, полученный методом распыления, с размером частиц 53-105 мкм, обеспечивающим хорошую свариваемость.

Проектирование параметров процесса
Было проведено сравнение нескольких наборов параметров процесса (см. Таблицу 1), и для дальнейшей проверки были выбраны параметры Группы B и Группы C:

Дизайн светильника
Для ремонта внутренних отверстий в корпусах деталей было разработано специальное приспособление, использующее нижние отверстия и параллельные поверхности детали для фиксации. Приспособление имело максимальное смещение лазерного пятна на 1.5 мм во время вращения, что незначительно влияло на качество наплавки.

Результаты и обсуждение

Анализ качества облицовочного слоя
С помощью металлографического анализа и программного обеспечения ImageJ для статистического определения пористости были получены следующие результаты:

Параметры группы BСредняя глубина зоны расплава составляет 181.73 мкм, среднее количество пор — 274.67, при этом 98.58% пор имеют диаметр ≤ 50 мкм.

Параметры группы ССредняя глубина зоны расплава составляет 961.63 мкм, среднее количество пор — 188.67, при этом 98.18% пор имеют диаметр ≤ 50 мкм.

При параметрах группы С расплавленная ванна глубже и содержит значительно меньше пор, что делает ее более подходящей для ремонта глубоких дефектов в виде отверстий.

Фактическая проверка ремонта детали
Испытания облицовки проводились в атмосфере аргона (содержание кислорода <200 ppm) и на воздухе. Облицовочный слой под защитой аргона был более однородным и плотным, тогда как в облицовке на воздухе наблюдались предварительно агрегированные частицы. После ремонта была выполнена резка, но смещение при центрировании привело к неравномерной резке облицовочного слоя, что указывает на необходимость улучшения точности выравнивания зажимных приспособлений.

Заключение
В результате оптимизации параметров процесса были определены оптимальные параметры для ремонта корпусов из алюминиевого сплава ZL105A: мощность лазера 1.6–1.8 кВт, скорость подачи порошка 0.6 об/мин, поток аргона 4 л/мин, шаг сканирования 1.2 мм и скорость сканирования 600 мм/мин.

Покровный слой под защитой аргона продемонстрировал превосходное качество, но и более высокую стоимость.

Хотя метод воздушной облицовки более эффективен и экономически выгоден, он приводит к менее равномерному слою.

При выполнении реальных ремонтных работ необходимо обеспечить точность центрирования крепежных элементов, чтобы гарантировать целостность облицовочного слоя и качество обработки.