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      《直升機主減速器支撐桿激光熔覆修復工藝探究》,

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      發表于 2019-9-18 21:38:54 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
      《直升機主減速器支撐桿激光熔覆修復工藝探究》

      直升機主減速器支撐桿激光熔覆修復工藝探究
      張俊,趙軼飛,劉武常
      (西安航空職業技術學院航空制造工程學院,陜西 西安710089)
      作者簡介:〖HTSS〗張。1978—),男,副教授,碩士,主要從事數控加工、激光智能制造與修復方面的研究和教學工作,xihangjzhang @163.com.
      摘要:采用激光熔覆的方法修復了失效的某型直升機主減速器支撐桿。先通過理論分析和有限元溫度場數值仿真,篩選了一組熔覆工藝關鍵參數的范圍,即激光功率、掃描速度、送粉速度,然后通過具體試驗對這些參數進行了驗證,并運用金相分析與顯微硬度方法確認最終修復部位滿足硬度要求。研究結果表明,利用激光熔覆工藝,通過選用合適的工藝參數,可以修復該類零件。
      關鍵詞:激光熔覆;工藝仿真;修復
      中圖分類號:TG174.44文獻標識碼:A文章編號:2095-509X(2019)07-0024-06
      直升機主減速器支撐桿的常見失效形式主要包括焊縫與基體裂紋、安裝孔周邊塑性變形等,另外由于其作為連接機身和主減速器的重要結構件,在工作中除承受極大的靜載荷外,還受交變載荷作用,容易發生疲勞。目前在該類零件維修中,對于失效的支撐桿一般直接更換新件。隨著市場競爭的日益激烈以及節能環保的要求,采取新工藝對失效件進行修復,使其恢復原有的材料性能和幾何尺寸并重新使用,對于降低成本、縮短維修周期具有重要意義[1-2]。本文利用激光熔覆工藝對其進行了修復試驗,并探討了可行性。
      1激光熔覆工藝分析
      通過分析某型直升機主減速器支撐桿的各種失效形式,發現主要是由微動磨損、氧化及腐蝕、交變應力三者的綜合作用造成了表面裂紋、尺寸磨損超差、表面銹蝕等缺陷,修復時需要先將失效部分通過金屬切削方式去除,然后應用預先鋪設或者同步送粉的方式將修復用金屬粉末附著在支撐桿切削加工部位,再通過高能量密度的激光束使二者同時融化、凝固并為冶金結合,從而在基材表面形成具備一定性能的熔覆層。熔覆層的形成是熔體快速凝固的過程,同時也是一個復雜的物理、化學冶金過程,不僅要求材料間具有良好的冶金結合性能,且要求結合界面形貌一致,細致均勻,即結合區與基體金相區別不大,從而使得修復完成后的零件結構力學性能不低于原基材[3]。在熔覆過程中,激光頭能量的高度集中以及快速移動,使熔融位置形成了急速變化的溫度場。劇烈的溫度變化以及不均勻釋放的能量都會造成溫度應力,從而可能在熔覆部位出現裂紋、氣孔、變形等缺陷。而溫度應力的產生主要取決于熔覆的工藝參數,因此工藝參數的合理選擇就成為激光熔覆工藝研究的關鍵。
      1.1熔覆池表面形貌及其影響因素
      熔覆層截面包括熔覆區、結合區、熱影響區和基體4個區域,如圖1所示。除基體外,其他部分均受到熔覆過程中產生的熔池的影響,熔池冷卻過程中的收縮、變形等將嚴重影響熔覆效果。通過建立熔池表面形貌的物理模型,可以確定熔池形貌與工藝參數間的關系。
      熔池形貌由熔池表面所受各種力之間的平衡關系決定,包括液體表面張力、液態剪切力、熔池重力、熔池表面的內壓力和外壓力。二維坐標下,在熔池表面任取一點,其法線方向的力平衡方程可以寫成[4-5]:
      Nliq-Np,g+ρliqgh=γK+2μliq vliq·n
      (1)式中:Nliq為內壓力;Np,g為外壓力;ρliqgh為重力,ρliq為熔池液體密度,g為重力加速度,h為法線方向高度;μliq為液體黏度;γ為液體表面張力系數;K為熔池表面形狀曲率;vliq為液體流動速度;n為邊界外法線方向向量。等號左邊表示熔池液體與粉氣混合體之間的壓力差,等號右邊分別為表面張力和液態剪切力的法向合力,式(1)表明平衡方程中各力大小都取決于熔池所處平衡狀態和其表面形狀。
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