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激光焊接机 |
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激光熔覆维修航空发动机零件 |
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作者：Martien Van Dijk |
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尽管一些重大的事故通过媒体引起了广泛的注意，但航空到目前为止仍然是最为安全的交通方式，这是根据其每公里的伤亡人数最低得出的结论。对航空器结构和航空发动机的安全法规非常严格。要达到这些法规所需付出的努力对于航空公司的成本结构来说有着巨大的影响。带来的费用很大，因此航空公司都在寻找既能降低成本，又可以保证安全的措施。
一项成本因素是航空发动机的翻修费用。在维护过程中那些磨损的零件需要被更换。航空发动机的备件价格很高，因而在很多情况下维修零件是比较划算的。但是修复后零件的质量必须满足安全要求。一项广为接受的修理方法是dabber焊，这是一种用来修复磨损表面的TIG焊接工艺。填充材料可通过焊丝或粉末形式被加入。在许多情况下供能采取脉冲形式，使得这一过程的热量输入降低。
激光熔覆单元的手绘图
翻新零件所需的成本不仅依赖于焊接过程本身，同时也和这一过程的前后步骤密切相关。预处理包括去除涂层，清洁以及加工去除损伤部分。后续处理包括加工到指定尺寸并涂层。是否需要对已焊接的表面进行机加工很大程度上依赖于焊接过程的质量好坏，修复的过程可能因为零件在焊接中发生变形而变得更为复杂。
第一步是是展示能够达到的质量标准。具体的效果由位于德国Aachen的Fraunhofer Institute ILT研究所进行测试获得。
熔覆Inconel 718以及Ti6Al4V的过程在平板以及刀刃部件上被展示。金相评估显示相对dabber焊接具有更少的孔，且不存在裂缝或熔化缺陷。这一评估过程的结论是：修复航空发动机零件时采用激光熔覆的质量比使用dabber焊接得到的要好的多。ILT设计了一种特殊的轴向喷嘴来供应粉末。这一轴向喷嘴相对传统离轴喷嘴的优势是明显的，因为将被熔覆的表面一般是三维的。ILT设计的喷嘴由一个环形开口，粉末从中喷出。粉末流方向相反，因而即使最小的点都能刚好通过激光束的焦点被定位。粉末利用率显示大于95%。 
带粉末供给的喷嘴，用于激光熔覆航空发动机零件
这项工程的下一步任务来自一家专于自动焊接过程的公司。最终的生产单元由Rolan 机器人公司设计及建造，包括以下这些组件：1kW TRUMPF CW Nd:YAG 激光器及0.6mm光纤用于光束传递，Stáubli RX 130L/C67b三轴机器人，特别设计的2轴旋转/斜向操作臂，聚焦镜片及同轴喷嘴，一台Sulzer Metco粉末进给单元，以及Renishaw探头。这一单元装备了两个加工站，装备了旋转台，可通过越顶吊爪装卸工件。机器人位于两个工作站之间，带废气过滤的遮光外壳能从一个加工站上的位置被移到另一个加工站的位置上。
Staubli RX 130L/CS7b 带有外部3轴以及2轴旋转控制手臂，
这些分别由Rolan, TRUMPF optics, and Fraunhofer nozzles公司提供
Rolan机器人评估了对该系统编程的不同方式。可选方式有R_Laser编程, 参量编程，以及宏观编程。公司选择了宏观编程方式作为最佳的解决方案，因为它提供了一个部分程序，带有最少量的说明且只需终端用户进行最少量的编程工作。
因为零件在服务过程中可能发生变形，所以必须测量实际的外形。这是通过使用Renishaw探头系统实现的。由于热量输入较低，那些一般不能使用dabber焊接修复的零件能够通过激光熔覆进行修复。
该航空公司计算了一年内的ROI（投资回报率）。 
激光熔覆金属 初始轮廓 基底材料 在刀刃上进行激光熔覆
结论
该工程带来了一项选择，用来替代到目前为止在修复航空发动机零件领域得到广泛应用的dabber焊工艺。但是该系统同样可以用来熔覆其他的产品如曲轴，阀门，密封圈，以及注塑模等等。
优点概述
·高质量的熔覆材料优于或至少与基底材料相似
·是dabber焊接速度的2～10倍
·更低的热量输入带来更小的变形
·后处理时间降为2～4分之一(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(4/4/2007) |
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