钛合金表面激光熔覆修复技术

为探讨压气机叶片损伤修复新工艺,采用CO2激光熔覆技术,在钛合金表面进行了激光熔覆Ti/Cr2O3复合涂层试验。通过分析各工艺参数对熔覆层质量的影响规律,优化参数组合。结果表明,激光功率为1.8 kW、扫描速度6 mm/s时,稀释率达到最小,为3.95%,得到连续、均匀、无裂纹和气孔的高质量熔覆层,实现了良好的冶金结合。显微硬度明显提高,最高可达1050 HV,平均约为基材的3倍。

激光熔覆钛基梯度功能涂层组织和性能研究

为了改进钛合金的耐磨性能,开发在高温环境、大温度落差条件下使用的具有热应力缓和功能的新型涂层,应用Nd∶YAG激光在钛合金表面制备了钛基梯度功能耐磨涂层,观察了微观组织,分析了生成相,测量了梯度功能耐磨涂层、非梯度功能耐磨涂层和Ti600基体在大气环境室温下的摩擦磨损性能。结果表明,原位合成的TiC球状增强相弥散均匀分布在梯度功能耐磨涂层中,主要呈3种不同的形态,即粗大的或不完整的树枝晶、相对较为细小的等轴晶或近似等轴晶和细小短纤维状;梯度功能耐磨涂层和非梯度功能耐磨涂层表现出较优异的耐磨性能,摩擦系数和磨损率显著降低,平均是Ti600基体的0.3倍～0.5倍。

钛基梯度功能涂层组织和腐蚀行为研究

为开发在高温环境、大温差条件下具有热应力缓和功能的新型耐蚀涂层,应用Nd:YAG激光在钛合金表面制备了钛基FGM和N-FGM,观察了微观组织,测量了显微硬度变化规律以及FGM和Ti600基体的耐腐蚀性能。结果表明,原位合成的TiC球状增强体弥散分布在FGM中,主要呈3种不同的形态:粗大的或不完整的树枝晶,相对较为细小的等轴或近似等轴晶和细小短纤维状晶。由于快速凝固的微观结构和大量弥散均匀分布的TiC增强相,FGM和N-FGM显微硬度值均较高,平均约为1450HV,是Ti600基材(310HV)的4.5～5倍。且随梯度层中TiC增强相含量的减少,FGM显微硬度值连续梯度降低。Ti600基体和FGM耐蚀性均较好;极化电位较低;自腐蚀电流密度小,在10-8 A.cm-2范围。FGM耐蚀性能较Ti600得到提高,腐蚀电流密度和电阻值分别为Ti600的0.72和1.31倍。

30CrMnSi钢激光熔覆修复技术研究

为探讨30CrMnSi钢激光熔覆修复技术,采用激光熔覆工艺进行了试验研究。采用金相显微镜对微观组织进行表征,采用显微硬度计、拉伸试验机对性能进行测试,采用扫描电镜仪观察断口形貌。研究发现,激光熔覆后的熔覆区域分为母材区、热影响区、熔合区及熔覆区4个部分。熔覆区显微硬度相比母材提高约2.5倍,表层熔覆区硬度最高,母材硬度最低。激光熔覆后抗拉强度高于母材70 MPa,熔覆正火处理后抗拉强度高于母材110 MPa。母材试样拉伸断裂为韧性断裂,断口呈韧窝形态,熔覆后试样拉伸断裂为脆性断裂,断口呈准解理断裂。熔覆后正火热处理,提高了抗拉强度及韧性。

航空发动机涡轮盘有限元应力分析

以某型航空发动机高压二级涡轮盘为研究对象,应用UG软件构造了其几何模型,导入HyperMesh有限元软件中建立了三维有限元分析模型,确定了载荷和边界条件。通过Nastran计算完成了高压二级涡轮盘在典型转速状态下的应力场分布情况,为以后发动机涡轮盘的设计改进提供了参考依据。

钛合金裂纹激光修复工艺研究

采用CO2激光器对TC2钛合金板材进行焊接,通过显微组织、显微硬度对比,优化工艺参数,获得了焊缝外形平整、组织细密、变形小的焊接接头,实现了TC2钛合金的激光精密焊接。激光焊焊缝区的组织较均匀,为典型网篮组织,热影响区较窄,为等轴晶。晶粒度在热影响区较高,从焊缝到基材呈先升后降趋势。焊缝中心显微硬度可达HV420,高于基体约HV80,热影响区的硬度最低,约为HV300～330。

军机薄壁结构损伤超声跨态处理新工艺

提出超声跨态处理(UPPW)控制激光焊接军机薄壁结构残余应力和变形的新方法.在激光焊接过程中,通过辅加超声振动场,影响激光熔池的形成、流动和凝固等几个关键跨态转变阶段及焊缝的高温超塑性固态相变阶段,达到改善焊缝凝固组织,控制焊接变形,缓释残余应力,提高接头力学性能以及减少裂纹等缺陷的目的.结果表明,UPPW工艺可以显著降低飞机薄壁焊件的残余应力和变形,在合适的工艺参数下,能够使1.5 mm厚TC4航空钛合金薄板焊接件的残余变形降至常规焊接变形量的50%左右,显微组织晶粒度提高约1个级别,且组织形态更加均匀.

钛基梯度功能涂层磨损和腐蚀行为研究

为开发在超高温、大温差条件下具有热应力缓和功能的新型耐磨耐蚀涂层,在钛合金表面Nd∶YAG激光制备了梯度功能涂层,SEM观察了微观组织结构,XRD分析相组成并测定了摩擦磨损和耐腐蚀性能。结果表明原位自反应生成的TiC球状增强体弥散均匀分布在FGL中,微观组织为粗大和不完整的树枝晶、相对较细小的等轴和近等轴晶及细小短纤维状形态。FGL和N-FGM耐磨、耐蚀性能优异;摩擦系数和磨损率显著降低,其平均值是Ti600基体的0.3～0.5倍;腐蚀电流和电阻值分别为Ti600的0.72和1.31倍。

脉冲激光辐照金属板温度场应力场数值分析

为了研究脉冲激光加热金属板的温度场和应力场的特点,基于弹塑性力学理论,采用有限元分析方法,对脉冲激光扫描过程中金属板的温度场和应力场进行了3维数值模拟,得到了温度场与应力场在时间和空间上的分布和变化规律。结果表明,在脉冲激光扫描加热作用下,金属表面发生多次熔化和凝固,温度时间曲线呈锯齿形;重熔区域应力场变化剧烈,随间歇的激光脉冲发生强烈的拉-压应力波动;金属基体冷却后在重熔区域留有高值残余拉应力,纵向应力达799MPa,横向应力达700MPa。

变形铝合金激光熔覆工艺研究

为应用激光熔覆法修复涡桨发动机螺旋桨叶腐蚀损伤,利用CO2连续激光器在LY12基材表面进行铝基合金粉末熔覆试验。分析了激光功率、扫描速度和光斑直径等工艺参数对熔覆效果的影响,观测了熔覆层的组织特征与性能。结果表明,要获得表面平整、内部无明显缺陷的熔覆层,存在激光功率阈值;熔覆层高度和熔深以及稀释率随激光功率的增加而增大,随扫描速度而降低;熔覆层的宽度主要取决于光斑直径。熔覆层组织为均匀细小的等轴晶,靠近基体界面的位置有较大尺寸的柱状晶存在,晶轴与熔合线垂直,尺寸可达20μm以上。熔覆层的显微硬度在100～110HV之间,较基体降低约30%。

TC2钛合金Nd:YAG激光焊接工艺及微观组织

为修复飞机TC2钛合金结构裂纹,应用YAG激光器进行了TC2钛合金的焊接实验。利用扫描电镜(SEM)和电子显微硬度仪分析了工艺参数对焊缝形貌和焊缝截面显微硬度的影响。结果表明:随着电流的升高,焊缝的熔宽逐渐增加,焊缝截面形貌由钉型向X型转变;随着焊接速度的增大,焊缝的熔宽呈减小趋势。采用电流150A、脉宽10ms、频率4Hz、焊接速度2.0mm/s的工艺参数可获得宏观质量良好的焊缝。焊缝熔合区可能为针状马氏体α′交织成的网篮组织;热影响区为75μm左右的环形带,其组织可能是由等轴的α相和针状马氏体组成,靠近熔合线部分较之远离熔合线的区域针状马氏体数量更多且更加密集,靠近熔合线区域有逐渐减弱的再结晶,再结晶尺寸明显大于基材;焊缝截面的显微硬度呈明显的阶梯状分布,基材的硬度在310～350HV0.5之间,熔合区的硬度在500～600HV0.5之间,熔合区硬度相对于基材提高了60%左右。

GH710表面激光熔覆NiCrMoNb组织及耐磨性

为修复某航空叶片损伤,应用CO2激光器进行了GH710表面熔覆NiCrMoNb。分析了熔覆层金相组织,测试了熔覆层显微硬度及其在大气环境室温下的干滑动磨擦磨损性能。结果表明:熔覆层和基体呈现良好的冶金结合,白亮结合带宽度为10~20μm;熔覆层组织由粗大疏松的柱状晶过渡为细小、致密的枝晶,在熔覆区最外层基本为网状晶格。柱状晶晶轴与熔合线接近垂直,其宽度能够达到8~12μm,轴向长度达到50~60μm。网状晶面积大约在2μm×5μm^4μm×8μm之间;熔覆层、结合带、基体硬度成明显的阶梯状分布。熔覆层显微硬度最高达到450 HV,比基体高出40%~50%;熔覆层的磨损量大约为基体磨损量的50%~55%,以磨粒磨损为主,黏着磨损为辅。

基于超声跨态处理的焊接热循环试验

设计了基于超声跨态处理条件下的激光焊接热循环测试试验,分析超声振动对焊接过程的热影响表明,功率超声对焊接过程的热影响主要集中在声学效应、传热学效应及机械搅拌作用三个方面;研究了不同超声振动功率对焊接最高温度、加热速度、高温停留时间以及冷却时间等特征参数的影响规律,并结合功率超声对焊接过程的热影响分析对其本质原因进行了深入研究.结果表明,随超声功率的增加,焊接最高温度和高温停留时间均呈先降低后升高最后再降低的趋势,并且焊接最高温度在超声振动功率为1 200 W左右达到最大值;升温时间呈持续增加的趋势,但不同超声功率所对应的增加速率各不相同,而冷却时间则保持减小趋势.

基于光纤激光的LY12铝合金焊接试验分析

在飞机制造领域,铝合金主要用于制造飞机蒙皮、梁、桁条和框架等结构.采用多模光纤激光器进行了1.4mm厚LY12铝合金的激光焊接试验,研究了焊接工艺参数对铝合金焊缝形貌的影响规律,并对焊接接头的显微硬度及断口形貌进行了分析.结果表明,大功率高速度连续激光焊缝的成形具有不稳定性,当功率为2 200 W,焊接速度为55 mm/s,保护气体流量为10 L/min时,可以获得成形良好且无宏观缺陷的焊接接头.接头的平均抗拉强度约为388 MPa,达到母材抗拉强度的63.98%,断裂类型为韧脆混合型断裂.

1Cr12Ni3MoVN激光改性熔覆的组织与耐磨性

为改善1Cr12Ni3MoVN合金耐磨性能,采用Nd:YAG激光在该合金表面进行了激光熔覆试验。分析了熔覆层微观组织,测试了显微硬度及在大气环境下的干滑动摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层和基体实现了良好的冶金结合,熔覆层组织主要为板条马氏体和残余奥氏体,且较基体得到明显的细化;硬度值由熔覆层(平均452 Hv)到基体区(290 Hv左右)逐渐减小,硬度峰值出现在熔合线附近,达487 Hv。熔覆层的耐磨性能得到明显改善,其磨损失重量约为基体的67%。

激光焊接技术的研究现状及发展趋势

激光的特有优势促进了其在焊接领域的应用,激光焊接技术的发展离不开激光器的推动。简要总结了激光器的研究现状和发展趋势,主要介绍了激光焊接技术在航空航天、汽车制造和造船等3个领域的应用现状,最后对激光焊接技术的未来发展进行了展望。

FRP加固金属结构技术应用研究进展

从FRP加固金属结构设计研究、界面性能研究、工艺研究、耐久性研究等4个方面回顾了FRP加固金属结构技术的发展历程。探讨了FRP加固技术的优势,总结了现阶段FRP修复技术取得的成就和现阶段发展存在的不足。最后,对未来FRP修复技术的发展做了总结。可以预见,随着高性能FRP的不断研制成功以及研究的深入,FRP修复技术必将得到更广泛的应用。

超声振动对激光局部重熔K418高温合金残余应力的影响

为了研究超声振动对激光局部重熔K418高温合金残余应力的影响,采用试验的方法,通过测量不同超声功率下试验件纵向变形量和角变形量,得到了不同功率超声振动下试验件的残余应力变化情况。结果表明:在激光重熔试验件过程中辅加实时超声振动,试验件的残余应力得到释放和均化。在超声振动功率0~45 W范围内,超声振动功率越大对残余应力释放效果越好。

K418高温合金多层多道激光熔覆工艺研究

为修复某型涡轮导向器损伤叶片,在K418高温合金基底上自配粉末进行了多层多道激光熔覆试验,优化了工艺参数,分析了熔覆层的显微组织,测试了熔覆层的硬度,研究了激光熔覆修复某型涡轮导向器损伤叶片工艺的可行性。结果表明,当激光功率为730 W,保护气流1.5 L/min,扫描速度为8mm/s,搭接系数为50%时,可获得宏观和微观上均没有缺陷的熔覆层;熔覆层区组织由柱状枝晶与等轴晶组成,工艺参数影响晶粒大小;激光熔覆层平均显微硬度值为415HV;通过优化工艺参数可达到修复和强化叶片的目的。

工艺参量对同轴送粉喷嘴气体保护效果的影响

为了解决激光直接制造金属零件中同轴送粉喷嘴气体保护效果不佳的问题,采用烟雾流动显示技术对喷嘴保护气体流场进行了研究。系统研究了喷嘴保护气流速率、喷嘴出口距零件表面距离、喷嘴移动速率和侧风速率对气体保护效果的影响。结果表明,随着喷嘴保护气流速率的增加,保护范围先增加后减小;随着侧风速率和喷嘴移动速率的增大,气流轴线偏离喷嘴轴线距离增大;当侧风速率超过喷嘴气流速率50%,距喷嘴出口10mm处,气流完全偏离喷嘴轴线,完全失去对金属熔池的保护。这一结果为选择合适的喷嘴气流参量提供了依据。