收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

激光熔覆强化和修复薄壁型零部件关键技术基础研究

熊征  
【摘要】: 激光熔覆工艺可以获得与基材形成冶金结合、稀释率小、组织致密的熔覆层,在大型零部件强化表面与修复领域具有广泛的应用前景。由于大型零部件体积大、导热快,激光熔覆主要关心熔覆层中气孔、夹杂和裂纹等质量问题。另一方面,在航空航天领域,存在大量用高温合金制造的薄壁型零件如叶片。薄壁零件激光熔覆不仅要关心熔覆层的冶金质量和性能,还要关注零件的变形。但是,由于各种原因,薄壁零件精密激光熔覆关键技术的研究非常有限,迫切需要进行薄壁零件激光熔覆的基础研究。 本文从激光模式(低阶模和多模)、激光输出方式(连续和脉冲)、高温合金的种类(铸造高温合金和变形高温合金)、异种金属耦合的综合性能等方面入手,对薄壁型零件的激光熔覆工艺、变形控制、熔覆层冶金缺陷和激光器的选型进行了系统和深入的研究。得到的主要结果如下: 系统进行了低阶模CO_2激光器熔覆层界面形状的研究。研究发现:当离焦量e在激光聚焦深度△之内,即e<△时,基体局部熔化较深,稀释率大,熔覆层界面不完整,呈“蘑菇”状;当离焦量e在激光聚焦深度△之外,即e>△时,基体熔化浅而均匀,稀释率小,熔覆层界面完整,呈平底状。因此,低阶模CO_2激光器熔覆时,样品与聚焦镜之间的距离L要大于F+△(F为聚焦透镜的焦距),然后通过优化激光功率、扫描速度等工艺参数可以得到与基材呈冶金结合、稀释率低、熔合界面完整的激光熔覆层。 通过对薄板激光熔覆变形的研究,结果表明,随激光功率、扫描速度和线能量增大,弯曲角逐渐增大,当激光功率、扫描速度和线能量增大到一定的程度后,弯曲角反而减小;在激光熔覆热应力作用下,薄平板在横向和纵向同时产生收缩变形,薄平板成为鞍形。而细长的L型试样,主要在纵向产生收缩变形,熔覆面变成为抛物线形。研究表明:沿板厚方向的温度梯度和基材的屈服强度的分布,以及基材熔化区三者共同决定了弯曲变形的大小。 采用连续和脉冲CO_2激光器进行了GH4133合金熔覆StelliteX-40合金的工艺试验,结果表明,连续CO_2激光器熔覆层没有裂纹,仅在熔化深度较大时,熔覆层经时效处理后可能在热影响区出现再热裂纹。而脉冲CO_2激光器熔覆层产生了严重裂纹,裂纹形成和扩展的机理:在脉冲激光形成的交变温度场和热应力场作用下,在熔合线形成裂纹,裂纹沿着晶界分布的链状析出物向母材扩展。 在K403合金上开展脉冲CO_2激光器熔覆StelliteX-40合金工艺试验研究,并与连续CO_2激光器的试验进行对比。结果表明,当连续CO_2激光器熔覆的线能量大于320J/mm时,熔覆层出现热裂纹;而对于脉冲CO_2激光器,线能量大于562J/mm熔覆层才出现热裂纹。显然,脉冲CO_2激光器熔覆使K403合金的热敏感性降低,工艺参数可调范围更大,能够解决铸造高温合金激光熔覆出现热裂纹的难题。 通过连续和脉冲CO_2激光器熔覆铸造高温合金K403和变形高温合金GH4133的工艺试验研究发现,高温合金的特性对CO_2激光器的种类非常敏感,根据高温合金的特性选择激光器是非常重要的。提出了铸造高温合金和变形高温合金激光熔覆设备的选用原则:铸造高温合金对热裂纹比较敏感,应该选择脉冲CO_2激光器,其激光熔覆工艺参数可调范围大;变形高温合金对再热裂纹比较敏感,应该采用连续CO_2激光器进行激光熔覆。 在上述工艺研究的基础上,开展了薄壁型GH4133合金连续CO_2激光熔覆StelliteX-40合金异种金属熔覆层的综合性能研究。结果表明,StelliteX-40合金熔覆层在人造海水中腐蚀速率比GH4133合金的小;经过17~800℃热循环,热疲劳裂纹在熔合线GH4133合金一侧形成,并沿着晶界向GH4133合金内部扩展;在800℃的25%wtNaCl+75%wtNa_2SO_4熔盐中,由于GH4133合金中形成Ni_3S_2·Ni低熔点共晶体,GH4133基体发生了全面均匀的热腐蚀;而StelliteX-40合金中Cr向表面聚集形成致密的氧化膜,阻止了硫在熔覆层中扩散,减缓热腐蚀进程。综合GH4133和StelliteX-40合金耦合的试验结果来看,StelliteX-40合金涂层的性能均优于GH4133合金,采用StelliteX-40合金粉末激光修复GH4133合金薄壁型构件熔覆层性能是完全可以得到保证的。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 孙先辉;程卫华;陈以虎;;激光熔覆技术在烟气轮机轴修复中的应用[J];化工机械;2009年05期
2 季杰,张文铖,张树生;盐水预热器管板的PTA堆焊制造工艺[J];压力容器;1999年01期
3 李晓莉,刘文今,钟敏霖;高温合金K403的激光熔覆研究[J];应用激光;2002年03期
4 丛伟;EHP155摇架的焊接制造[J];沈阳航空工业学院学报;2003年04期
5 马光锋,王成俊,关颉翔,董允,李智超,尹淑珍;对高速钢刀具深冷处理变形问题的研究[J];辽宁工程技术大学学报;1997年02期
6 崔荣合;中厚板轧制边部不均匀变形机理的探讨[J];重型机械科技;2002年01期
7 黄建;;钢结构工程焊接技术重点、难点及控制措施[J];露天采矿技术;2010年01期
8 宋文清;曲伸;李文学;高山;;K4104合金涡轮导向叶片的补焊技术[J];焊接技术;2010年10期
9 魏引焕;张学礼;曹博涛;;冲模制造典型问题分析及解决措施[J];电加工与模具;2008年04期
10 秦亚敏;;浅谈液化气体运输车常见缺陷返修方法[J];石油和化工设备;2008年06期
11 陈吉成;焦炭塔塔体结构设计的改进[J];炼油设计;1998年03期
12 李胜;许光辉;韩立发;张小萍;;激光熔覆用铁基合金材料的使用现状和研制进展[J];热加工工艺;2011年06期
13 寇汉萍;朱庆强;;激光熔覆技术在修复卷取机空心轴上的应用[J];中国设备工程;2008年10期
14 崔爱永;胡芳友;张忠文;卢长亮;易德先;邹刚;;钛合金表面激光熔覆修复技术[J];中国表面工程;2011年02期
15 周圣丰;曾晓雁;胡乾午;;金属陶瓷复合涂层的激光熔覆与无裂纹的实现[J];应用光学;2008年01期
16 张学萍;贾秋菊;;激光熔覆技术在球磨机主轴修复中的应用[J];兰州石化职业技术学院学报;2008年03期
17 黄尚猛;;激光熔覆技术防开裂对策探讨[J];装备制造技术;2007年11期
18 邹小斌;尹登科;谷建军;;关于激光熔覆裂纹问题的研究[J];激光杂志;2010年05期
19 查莹,周昌炽,唐西南,张展;改善激光熔覆镍基合金和陶瓷硬质相复合涂层性能的研究[J];中国激光;1999年10期
20 王进;李新华;;提高不锈钢细长轴(管)磨削加工质量的方法[J];鸡西大学学报;2007年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈长军;徐星;张敏;常庆明;张诗昌;陈霞;;金属医生的典型应用[A];高性能防腐蚀涂装及表面保护技术的应用与发展——第16届全国表面保护技术交流会论文集[C];2011年
2 仲增墉;;前言[A];动力与能源用高温结构材料——第十一届中国高温合金年会论文集[C];2007年
3 周昌炽;唐西南;;激光熔覆合金和陶瓷复合涂层开裂的研究[A];2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
4 李应举;冯小辉;杨院生;;多周期脉冲磁场作用下高温合金熔体中电磁力及流场分布的数值分析[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
5 古一;夏长清;谭澄宇;;GH202合金表面含纳米陶瓷涂层的性能与界面组织的研究[A];2000年材料科学与工程新进展(下)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
6 梁天权;郭洪波;宫声凯;;渗铝高温合金的抗高温燃气热腐蚀性能研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
7 徐惠彬;宫声凯;陈立强;张春霞;;热障涂层对高温合金基体力学性能影响的研究[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
8 胡锐;郑媛;李金山;张绪虎;姚草根;傅恒志;;1100℃完全抗氧化级Ni-Cr-W基变形高温合金[A];第三届空间材料及其应用技术学术交流会论文集[C];2011年
9 浦惠康;田沛玉;;GH4105合金冷拉棒生产工艺的研究[A];动力与能源用高温结构材料——第十一届中国高温合金年会论文集[C];2007年
10 杨翠柏;韩敏芳;彭苏萍;;耐1000℃新型Fe-Cr基高温合金抗氧化性能研究[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 熊征;激光熔覆强化和修复薄壁型零部件关键技术基础研究[D];华中科技大学;2009年
2 黄永俊;激光—感应复合熔覆工艺及机理研究[D];华中科技大学;2009年
3 齐勇田;半钢轧辊激光熔覆Ti(C_yN_(1-y))增强Fe基复合层的研究[D];山东大学;2009年
4 陆伟;激光熔覆高速线材轧辊熔覆层开裂问题的研究[D];北京工业大学;2006年
5 周圣丰;激光—感应复合熔覆金属陶瓷层技术的研究[D];华中科技大学;2008年
6 李铁英;应县木塔现状结构残损要点及机理分析[D];太原理工大学;2004年
7 郑敏;钛合金表面激光熔覆制备生物陶瓷涂层及其生物活性研究[D];兰州理工大学;2008年
8 赵坦;第二代定向柱晶高温合金DZ59研究[D];南京理工大学;2009年
9 杨莉;体外预应力混凝土连续梁受力行为研究[D];西南交通大学;2005年
10 胡柳青;冲击载荷作用下岩石动态断裂过程机理研究[D];中南大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邱强强;镍基合金粉末的激光熔覆焊接性能研究[D];长春理工大学;2009年
2 徐国民;软岩边坡变形失稳机理及防治技术研究[D];昆明理工大学;2005年
3 邓凯;泵送预拌大体积混凝土工程质量控制[D];重庆大学;2005年
4 徐美娟;考虑时间效应的复合桩基简化分析方法[D];南京工业大学;2005年
5 陈立;基于FFD的参数化人脸表情动画技术研究[D];浙江大学;2006年
6 王飏;解读西方现代派绘画中的“变形”[D];东南大学;2006年
7 石金龙;柱下筏板基础角柱边柱冲切性状的研究[D];中国建筑科学研究院;2005年
8 李丹;FLAC的原理、程序及其在高填路基变形与稳定分析中的应用[D];福州大学;2006年
9 沈骅;复合土钉支护软粘土基坑稳定性和变形分析研究[D];福州大学;2006年
10 褚峰;基坑开挖对邻近桩的影响分析[D];同济大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;抚顺特钢研制出高温合金新材料[N];世界金属导报;2002年
2 雷鸿;一航锻铸努力成为航空锻造排头兵[N];中国航空报;2007年
3 通讯员 司伟 记者 常宗华;国内航空发动机材料研发取得新突破[N];中国冶金报;2004年
4 记者 武炳明;表面渗硼技术破解合金耐磨难题[N];中国化工报;2007年
5 证券时报记者 刘杨 彭志华;钢研高纳 打造世界级高温合金企业[N];证券时报;2010年
6 冯永盛;博弈前沿建奇功[N];中国航空报;2006年
7 记者 刘碧玛;350MN模锻液压机方案设计成功[N];科技日报;2005年
8 通讯员 陈党耀 记者 王丹云;宝钢将建成特种金属板带生产线[N];中国冶金报;2007年
9 首席记者 蔡立军;天材公司金属制品“飞上了天”[N];中国冶金报;2008年
10 邵启威见习记者 马异 记者 彭晓和;“神七”问天书写特钢新篇章[N];抚顺日报;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978