钨极氩弧焊与激光熔覆修复的K403镍基高温合金导向器叶片组织与性能

K403镍基高温合金具有优异的室温和高温综合性能,广泛用于航空发动机涡轮叶片及导向器的制造。针对涡轮叶片长期服役于复杂工况产生的裂纹缺陷等问题,本工作先对钨极氩弧(tungsten inert gas,TIG)焊和激光熔覆两种工艺修复后的组织与拉伸性能展开对比分析,而后使用激光熔覆工艺修复叶片,并进行无损检测。利用OM、SEM观察微观组织、断口形貌,利用EDS进行相的成分分析。结果表明:TIG焊修复工艺在修复界面区附近易产生微裂纹缺陷,主要碳化物相和低熔点共晶组织引起;激光熔覆工艺修复区域的晶粒与组织更加均匀,微裂纹缺陷更易得到控制;激光熔覆工艺修复的试样综合力学性能明显高于TIG焊修复工艺的试样,且激光熔覆工艺具有较好的工艺稳定性,TIG焊修复工艺的室温拉伸强度为K403母材强度的69.22%,激光熔覆修复工艺室温抗拉强度达到了母材的87.44%,断口形貌显示修复区域的室温拉伸断口呈现出混合断裂特征,高温拉伸断口呈现出沿晶断裂的特征。修复区域的微裂纹、局部液相不足缺陷和碳化物是拉伸断裂的主要原因。激光熔覆修复工艺具有热源集中、热影响区小的优势,能够有效抑制修复区缺陷并细化微观组织,在叶片修复方面具有更大优势。使用激光熔覆修复工艺完成了叶片试车过程产生的边缘板裂纹损伤修复,经过荧光检测及煤油-白垩检测,满足相关使用要求。

激光熔覆修复技术研究进展

介绍了激光熔覆修复技术的应用概况,并对激光熔覆修复工艺、激光熔覆专用铁基粉末进行了分析和综述,指出了激光熔覆修复的发展方向。

激光冲击对E690高强钢激光熔覆修复微观组织的影响

为研究激光冲击对E690高强钢激光熔覆修复层微观组织的影响,选用专用金属粉末对E690高强钢试样预制凹坑进行激光熔覆修复,并使用脉冲激光对激光熔覆层进行冲击强化处理,同时采用扫描电镜、透射电镜和X射线应力分析仪分别对激光冲击前后激光熔覆层的微观组织和表面残余应力进行检测。结果表明:激光熔覆修复后,激光熔覆层组织为等轴晶,熔覆层与E690高强钢基体之间冶金结合良好,其表面残余应力为均匀分布的压应力。经激光冲击后,激光熔覆层截面晶粒得到细化,并观察到大量的形变孪晶,互相平行的孪晶界分割熔覆层粗大晶粒,在激光熔覆层的晶粒细化过程中发挥着重要作用;试样表层位错在{110}滑移面上发生交滑移,在晶界周围形成了位错缠结。经激光冲击后,激光熔覆层冲击区域表面残余压应力数值相较于冲击前提升了1.1倍。

精铸镍基合金涡轮叶片缺陷激光熔覆修复工艺

针对精铸镍基合金涡轮叶片的表面缺陷,采用激光熔覆修复工艺进行修复。熔覆材料采用与基材同样的冶金粉末,加入稀土Y2O3和复合剂,降低其开裂敏感性。采用大族数控五轴HANSGS-RYP叶片激光热处理设备,自动化修复处理,经过硬度检测和金相分析证明,修复效果好、质量稳定。

TC11钛合金空气导管凸台激光熔覆修复工艺

采用激光熔覆工艺对航空发动机TC11钛合金空气导管磨损件进行修复工艺实验。通过分析熔覆层表面成形、显微硬度及微观组织形貌,选出合适的工艺参数,制定合理的工艺流程,完成了空气导管的修复。结果表明:修复区组织细密,机械加工后的外形尺寸满足图纸要求。因此,采用激光熔覆技术对TC11钛合金空气导管磨损件进行修复是可行的。

激光熔覆修复15-5PH不锈钢的拉伸性能及组织研究

研究了激光熔覆修复15-5PH沉淀硬化不锈钢激光熔覆修复比例(25%、50%、75%、100%)对其力学性能的影响,以及熔覆修复后试样的断口形貌、金相组织、内部缺陷和显微硬度。研究结果表明,15-5PH不同比例熔覆修复试样的抗拉强度均高于基材,但塑性随着修复比例的增大而降低,在所研究的4种熔覆修复比例的试样中,25%熔覆比例时抗拉强度最高,力学性能最好。熔覆修复冶金组织致密,分为修复区、热影响区和基材区,其中热影响区的组织呈现明显的方向性,晶粒均匀性好,无粗大晶粒,表面和内部无裂纹缺陷,显微硬度从修复区向基材区整体呈上升趋势,在热影响区内出现硬度峰值。熔覆界面的结合力较基体内部的结合力弱,修复试样的断口均呈V字形。

粉末循环老化对GH4169激光熔覆修复组织和性能的影响

目的探究激光熔覆修复工艺中,循环使用对粉末造成的老化效应及其对组织和性能造成的影响,为粉末循环工艺提供相关理论依据和指导。方法针对GH4169高温合金,进行了粉末循环利用的实验,将激光熔覆制造过程中的残余粉末再次投入送粉器,进行多次回收循环制造过程。使用扫描电子显微镜、X射线能谱仪、万能力学试验机等设备,研究了粉末在循环使用过程中的演变,以及循环使用前后熔覆修复组织的微观形貌、维氏硬度、弯曲强度性能的差异。结果随着回收循环次数增加,粉末粒径增大,表面出现熔融现象,粉末的成分出现了变化,其中Nb元素含量显著上升。在回收粉末中发现了具有磁性的杂质颗粒。相比于使用新粉末,使用回收粉末得到的熔覆组织中的Nb元素偏析程度增大,晶粒组织粗化。经过4轮循环后,熔覆层硬度自325.13HV下降至282.81HV,修复试样弯曲强度自785.85 MPa下降至739.41 MPa,下降幅度约为5%。结论循环工艺对粉末产生了明显的老化影响,这一老化行为从能量和成分两个方面导致了激光熔覆修复GH4169合金组织和性能的劣化。

铸钢零件激光熔覆修复试验研究和工程应用

铸钢零件在船舶和舰艇中被大量使用,用电弧和氩弧等堆焊方法对其进行修理非常困难,激光熔覆技术是修理这类零件的好方法。对铸钢零件激光熔覆修复技术进行了试验研究,通过金相分析,研究了激光熔覆层组织的生长规律,采用粉末梯度变化技术,克服了激光熔覆修理铸钢零件易出现裂纹的难题,同时又能满足对零件表面高强度和高硬度的要求。在试验研究取得成功的基础上,对应用于船舶的锚链轴铸钢零件进行了激光熔覆修复并取得成功。

轴类部件表面镍基合金激光熔覆修复层力学性能研究

核电设备用轴类部件经常由于磨损或腐蚀导致性能退化,从而影响到设备和电站的安全运行。利用激光熔敷技术修复受损部件,使其达到或超过原来的服役性能要求,可为电厂节省大量维修和采购成本。针对材质为410马氏体不锈钢的电机转轴,选用镍基合金C276粉末对轴表面缺陷进行激光熔覆修复,并取样进行硬度和抗拉强度测试,以评估熔覆修复层的力学性能。结果表明,C276熔覆修复层在室温下硬度较410不锈钢提高约20%,抗拉强度提高约7%,但塑韧性有所下降。

激光熔覆修复对TC4钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响

为了研究激光熔覆修复对TC4钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响,采用激光熔覆技术,通过逐层堆积TC4钛粉,对TC4钛合金板表面凹槽进行修复。利用光学显微镜和扫描电镜分别观测试样的微观结构和疲劳断口,采用疲劳裂纹扩展实验测定试样裂纹长度与循环次数,利用修正的七点递增多项式拟合法获得每组3个试样在相同裂纹长度下的疲劳裂纹扩展速率。实验结果表明:激光修复区由β晶粒和沿晶界连续分布的α相组成,属于典型的魏氏组织,热影响区由等轴的α晶粒和β转变组织组成,属于典型的双态组织;同母材相比,激光熔覆修复件疲劳裂纹扩展速率显著降低。TC4钛合金熔覆修复件抗疲劳裂纹扩展能力的提高归因于魏氏组织断裂韧性高和双态组织优异的综合力学性能。

激光熔覆修复技术参数模拟优化分析

为提升激光熔覆修复技术的性能,提出激光熔覆修复技术参数模拟优化方法。通过分析激光熔覆技术工作原理及类型,确定激光熔覆修复技术参数。确定激光熔覆修复技术参数,引入BP神经网络方法,构建熔覆层形貌和激光熔覆修复参数之间的模型预测。采用粒子群优化算法,优化构建的激光熔覆修复参数预测模型,实现激光熔覆修复技术参数模拟优化。仿真结果表明:采用本方法对激光熔覆修复技术参数进行优化后,激光熔覆修复的效果较为理想,明显提高了激光熔覆修复技术的工作效率。

激光熔覆修复青铜零件的实验研究和工程应用

青铜具有极好的耐海水腐蚀性和耐磨损性能,在舰艇、船舶中大量存在青铜零件,但对这些零件进行修复非常困难。由于青铜对激光的强烈反射及其优良的热传导性,给激光熔覆修复青铜零件带来了很大的困难。通过激光熔覆修复实验,优化了激光熔覆修复工艺参数。在对激光熔覆修复过程进行最优控制的条件下,获得了界面结合良好、耐腐蚀性和耐磨损性均符合要求的激光熔覆修复试样。在此基础上,实现了对实际舰船青铜零件的激光熔覆修复。

机电设备零件缺陷激光熔覆修复过程温度场模拟研究

温度场是决定机电设备零件缺陷激光熔覆修复质量的重要因素,为了提升激光熔覆修复质量,提出机电设备零件缺陷激光熔覆修复过程温度场模拟方法。建立机电设备零件物理模型,根据该模型分析不同路径下的激光熔覆扫描过程,确立物理模型的信息参数。对物理模型实行网格划分,获取机电设备零件缺陷在修复过程中的温度场分布特征及变化规律。根据分析结果和物理模型对不同搭接率条件下机电设备零件缺陷激光熔覆修复温度场数值进行模拟,依据模拟结果实现激光熔覆修复,以此进一步提升机电设备零件缺陷激光熔覆修复质量。

腐蚀和磨损零件的激光熔覆修复研究

腐蚀和磨损是舰艇零件损坏非常普遍的形式,因此对腐蚀和磨损零件的修复非常重要。文章采用与待修零件相同的铸钢材料作实验基体材料,在该材料上进行了激光熔覆修复的实验研究,在实验研究取得成功的基础上,对实际铸钢零件舵叉进行了激光熔覆修复并取得了成功。

激光熔覆修复5083铝合金组织和力学性能研究

采用传统商用AlSi10Mg合金粉末与中车工业研究院自主研发的高强高塑AlMgScZr合金粉末,以轨道交通常用的5083铝合金车体为修复对象,并预制梯形凹槽以模拟破损状况,通过激光熔覆修复,对其微观组织和力学性能进行了对比分析。结果表明:AlSi10Mg合金粉末修复样件修复区晶粒主要为柱状晶,修复后拉伸强度为188 MPa,屈服强度为96 MPa,延伸率为4.63%。AlMgScZr合金粉末修复样件修复区晶粒以等轴晶为主,修复后拉伸强度为310 MPa,屈服强度为222 MPa,延伸率为12.5%,可达到甚至超过5083铝合金母材强度。

等离子熔覆修复技术在中部槽维修中的应用

从刮板输送机中部槽的结构原理和材料入手,分析了刮板输送机中部槽失效的原因,详细阐述了等离子熔覆修复技术在刮板输送机中部槽磨损中板修复中的应用。通过井下工业性对比试验证明,采用等离子熔覆修复技术修复的刮板输送机中部槽不仅能够提升维修品质、延长使用寿命和降低设备的维修频次,而且能够减少人力和维修材料等系统性的浪费。

航空发动机缺陷叶片激光熔覆修复参数确定

镍基高温合金被广泛应用于航空发动机叶片的铸造中,其所具有的高耐温性、高耐腐蚀性使得由镍基高温合金所铸造的航空发动机叶片的使用寿命和使用质量大幅提高。航空发动机叶片在工作时会受到热流、离子流以及空气中尘埃的高速冲击,从而导致其工作环境极为恶劣,为提高航空发动机叶片的使用寿命,在航空发动机所使用的镍基高温合金中加入了多种合金元素。在航空发动机叶片的铸造过程中受航空发动机叶片结构、形状复杂度的影响以及高精度的铸造要求从而使得航空发动机叶片的精铸成品率极低,约有50%的航空发动机铸造叶片会出现缩孔、缩松等的缺陷。为提高航空发动机铸造叶片的成品率可以有条件的对航空发动机铸造叶片中的缺陷件进行修复。本文在对航空发动机铸造叶片缺陷进行分析的基础上对如何通过使用激光熔覆技术对航空发动机铸造叶片的缺陷进行修复进行分析介绍。

基于深度神经网络的等离子熔覆修复路径规划

通过DNN深度神经网络来建立等离子熔覆工艺参数和熔覆焊道几何特征之间的关系,为之后通过平行路径进行熔覆修复路径规划提供数据支持,最后进行仿真试验和熔覆修复实例验证。试验以Q235钢和Fe706分别作为基体和熔覆粉末,设计以熔覆电流、送粉量和扫描速率为变量的33组试验。通过金相显微镜观察熔覆层微观形貌,测量高度、宽度、熔覆区面积和熔合区面积,计算出稀释率。在获取上述工艺参数和宏观形貌的基础上,运用DNN深度神经网络建立预测模型,并与实际得到的熔覆层形貌进行对比。结果表明:DNN深度神经网络模型预测值与实际值误差在2%左右,预测精度较高,为齿轮单齿破损区路径规划提供精确的数据支撑,之后进行路径规划仿真试验并最终完成破损区齿轮的熔覆修复实例,验证了神经网络和路径规划结合的可行性。

激光熔覆修复2A50-T6航空铝合金的组织与力学性能研究

采用激光熔覆技术对2A50-T6航空铝合金进行了损伤修复,探究了激光工艺参数对显微组织和力学性能的影响规律,重点分析了修复区域气孔等冶金缺陷的形成及其对抗拉强度的影响机制。结果表明,熔覆层中的气孔主要由溶解气体形成的冶金气孔和金属蒸气喷射引发的工艺气孔组成。激光工艺参数是影响致密度的主要因素,最佳工艺参数为2000 W激光功率、12 mm/s扫描速度、0.8 g/min送粉速度和1.6 mm光斑直径。熔覆层主要由α-Al与Al-Si共晶构成,包含少量的Mg2Si增强相。熔覆层仅有极少量的气孔,致密性达99.96%。激光熔覆修复铝合金的抗拉强度达到基体的93.18%。

激光熔覆修复镍基高温合金稀释率的可控性研究

为了提高激光熔覆修复性能的稳定性,针对GH4169镍基高温合金,从控制稀释率的角度进行了单因素工艺试验。试验结果表明:在一定的参数范围内,稀释率随激光功率的增大而增大,随送粉速率的增大而减小,扫描速度对稀释率的影响不大。为了简化稀释率的研究过程,将激光功率与送粉速率的比值定义为粉末吸热密度,即修复过程中单位质量粉末吸收的激光能量,进一步确立了粉末吸热密度与稀释率的正相关性。运用回归的思想,通过SPSS软件对试验结果进行数据分析,建立了粉末吸热密度与稀释率的关系模型并验证了其准确性,为镍基高温合金激光熔覆修复性能的稳定性研究提供了理论参考与试验支持。