激光功率對熔覆燃氣輪機葉輪、葉片涂層的形貌組織影響
發(fā)布時間：2020-12-21 09:12
激光熔覆能改善基體材料表面的耐磨、耐熱和耐腐蝕等力學及化學性能,可以延長工件的使用壽命,節(jié)約經濟成本�，F(xiàn)階段對于燃氣輪機葉輪、葉片的修復工藝有很多,各有優(yōu)缺點。從工程應用的角度考慮,研究了激光熔覆功率對熔覆層表面形貌及稀釋率的影響,并分析了其金相組織。實驗結果表明,在只考慮激光功率,而其它工藝參數(shù)不變的情況下,熔覆層寬度和高度隨激光功率的增大而增大,稀釋率隨激光功率的增大亦增大,并且當能量密度在8.49 kJ/cm~2～10.62 kJ/cm~2時,金相組織致密,無裂紋、氣孔等缺陷,可應用于實際工件修復中。
【文章來源】：應用激光. 2020年01期 北大核心
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
Ni60合金粉末SEM圖[6]
表3為經過腐蝕后,熔覆層橫截面形貌,由表3可以看出,不同能量密度下熔覆層截面形貌有較大差異,如圖6(b)所示,由于基材前端薄后端厚,熔深主要形成于基材較薄處,可以從圖7看到,由于能量密度的增加,熔深是逐漸增加的,并且熔深只在熔覆第一道時才有,由表3可知當能量密度為11.32 kJ/cm2,12.03 kJ/cm2,12.74kJ/cm2時,基材被熔透,這是因為,當熔覆第一道時,由于此時粉末吸收激光束的能量而融化,并將熱量全部傳遞給基體,使得基體的熱輸入更多,而繼續(xù)熔覆時,由于搭接率為50%,粉末與基體只有1/2是接觸的,從而在吸收激光束能量后只能傳遞部分熱量給基體,導致基體的熱輸入不夠多,故熔深才會只成型于第一道熔覆過程中。進一步分析圖7可知,當能量密度為7.08 kJ/cm2時,熔深為0,表明熔覆層與基材結合程度相當小;當能量密度從10.62 kJ/cm2增加到11.32 kJ/cm2時,熔深發(fā)生了突變,這是由于當能量密度為11.32 kJ/cm2時熱輸入過大,基材被熔透。
激光熔覆工藝通常分為預置式和同步式兩種模式,預置式即熔覆前將合金粉末均勻鋪在處理過的基體表面,然后再出激光將粉末熔化從而使基體和粉末形成冶金結合,但該方法更適用于對基體進行增材或尺寸恢復,對需要修復的零件則不太適合,因為鋪粉需要人工操作,沒辦法保證每次的鋪粉量都相同且均勻,對熔覆層的表面形貌不能定量的控制且質量不穩(wěn)定。對于本實驗的燃氣輪機葉輪、葉片來說,考慮到實際應用,采用同步式送粉的工藝效果更好,該工藝能很好的對基體進行修復,并且可以通過送粉量來控制熔覆層的表面形貌,同步式送粉的示意圖如圖4所示,從熔覆頭噴出的合金粉末呈倒錐形相交于激光的焦點處,即粉末焦點與激光焦點必須在同一處,并且粉末與激光同時從熔覆頭噴出。事實上,在實際應用中需要先出粉末再出激光,這樣做的目的是在出光前使缺陷處積累足夠多的粉末,以便能夠使缺陷處的熔覆層達到一定的厚度,從而表面形貌達到要求。本實驗采用同步送粉的方法,事先在離線編程軟件上編寫好熔覆路徑,試驗前先將Ni60合金粉末在200 ℃下烘干5 h,以去除粉末中的水分,能有效的防止熔覆過程中裂紋的產生。為了模擬真實的工件,直接選取燃氣輪機的葉輪葉片進行試驗,分別在9個渦輪葉片上進行平板熔覆試驗,探究其最佳的工藝參數(shù), 再對葉輪、葉片的缺陷進行修復。在此需要說明的是,選用的真實葉片厚度是由厚變薄的。由于激光熔覆是一個復雜的工藝過程,激光功率、掃描速度、離焦量、光斑直徑、搭接率、保護氣流量、送粉速度等工藝參數(shù)的選取與搭配,對熔覆質量和表面形貌起著至關重要的作用。由于激光功率對本實驗的熔覆層組織的影響最大,同時為了探究激光功率對其的影響,故只改變激光功率,其他工藝參數(shù)不變,實驗得到9組樣件,激光功率分別從500 W～900 W,對應的能量密度為7.08 kJ/cm2～12.74 kJ/cm2,每間隔50 W逐漸增加激光功率,掃描速度6 mm/s,光斑直徑3 mm,送粉速率3 r/min,送粉氣流量700 L/min,采用多道搭接的方法,如圖5所示,搭接率50%,搭接6次,氬氣(99.99%)保護,熔覆完成后如圖6(a)所示,圖6(b)為熔覆層橫截面圖。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]小模數(shù)齒輪齒面雙道激光熔覆工藝[J]. 劉干成,黃博. 中國激光. 2019(10)
[2]工藝參數(shù)對IC10高溫合金激光熔覆層形貌的影響[J]. 邢彬,常保華,都東. 焊接學報. 2015(07)
[3]先進的燃氣輪機葉片激光修復技術[J]. 王茂才,吳維. 燃氣輪機技術. 2001(04)
[4]燃氣輪機熱部件的修復[J]. 尹瑜玲,何正浩. 燃氣輪機技術. 1999(01)
碩士論文
[1]雙道激光加工小模數(shù)齒輪齒面鎳基合金涂層的應用研究[D]. 劉干成.湖北工業(yè)大學 2019
[2]小模數(shù)齒輪激光熔覆修復工藝試驗研究[D]. 鮑志軍.上海海事大學 2007
本文編號：2929578
【文章來源】：應用激光. 2020年01期 北大核心
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
Ni60合金粉末SEM圖[6]
表3為經過腐蝕后,熔覆層橫截面形貌,由表3可以看出,不同能量密度下熔覆層截面形貌有較大差異,如圖6(b)所示,由于基材前端薄后端厚,熔深主要形成于基材較薄處,可以從圖7看到,由于能量密度的增加,熔深是逐漸增加的,并且熔深只在熔覆第一道時才有,由表3可知當能量密度為11.32 kJ/cm2,12.03 kJ/cm2,12.74kJ/cm2時,基材被熔透,這是因為,當熔覆第一道時,由于此時粉末吸收激光束的能量而融化,并將熱量全部傳遞給基體,使得基體的熱輸入更多,而繼續(xù)熔覆時,由于搭接率為50%,粉末與基體只有1/2是接觸的,從而在吸收激光束能量后只能傳遞部分熱量給基體,導致基體的熱輸入不夠多,故熔深才會只成型于第一道熔覆過程中。進一步分析圖7可知,當能量密度為7.08 kJ/cm2時,熔深為0,表明熔覆層與基材結合程度相當小;當能量密度從10.62 kJ/cm2增加到11.32 kJ/cm2時,熔深發(fā)生了突變,這是由于當能量密度為11.32 kJ/cm2時熱輸入過大,基材被熔透。
激光熔覆工藝通常分為預置式和同步式兩種模式,預置式即熔覆前將合金粉末均勻鋪在處理過的基體表面,然后再出激光將粉末熔化從而使基體和粉末形成冶金結合,但該方法更適用于對基體進行增材或尺寸恢復,對需要修復的零件則不太適合,因為鋪粉需要人工操作,沒辦法保證每次的鋪粉量都相同且均勻,對熔覆層的表面形貌不能定量的控制且質量不穩(wěn)定。對于本實驗的燃氣輪機葉輪、葉片來說,考慮到實際應用,采用同步式送粉的工藝效果更好,該工藝能很好的對基體進行修復,并且可以通過送粉量來控制熔覆層的表面形貌,同步式送粉的示意圖如圖4所示,從熔覆頭噴出的合金粉末呈倒錐形相交于激光的焦點處,即粉末焦點與激光焦點必須在同一處,并且粉末與激光同時從熔覆頭噴出。事實上,在實際應用中需要先出粉末再出激光,這樣做的目的是在出光前使缺陷處積累足夠多的粉末,以便能夠使缺陷處的熔覆層達到一定的厚度,從而表面形貌達到要求。本實驗采用同步送粉的方法,事先在離線編程軟件上編寫好熔覆路徑,試驗前先將Ni60合金粉末在200 ℃下烘干5 h,以去除粉末中的水分,能有效的防止熔覆過程中裂紋的產生。為了模擬真實的工件,直接選取燃氣輪機的葉輪葉片進行試驗,分別在9個渦輪葉片上進行平板熔覆試驗,探究其最佳的工藝參數(shù), 再對葉輪、葉片的缺陷進行修復。在此需要說明的是,選用的真實葉片厚度是由厚變薄的。由于激光熔覆是一個復雜的工藝過程,激光功率、掃描速度、離焦量、光斑直徑、搭接率、保護氣流量、送粉速度等工藝參數(shù)的選取與搭配,對熔覆質量和表面形貌起著至關重要的作用。由于激光功率對本實驗的熔覆層組織的影響最大,同時為了探究激光功率對其的影響,故只改變激光功率,其他工藝參數(shù)不變,實驗得到9組樣件,激光功率分別從500 W～900 W,對應的能量密度為7.08 kJ/cm2～12.74 kJ/cm2,每間隔50 W逐漸增加激光功率,掃描速度6 mm/s,光斑直徑3 mm,送粉速率3 r/min,送粉氣流量700 L/min,采用多道搭接的方法,如圖5所示,搭接率50%,搭接6次,氬氣(99.99%)保護,熔覆完成后如圖6(a)所示,圖6(b)為熔覆層橫截面圖。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]小模數(shù)齒輪齒面雙道激光熔覆工藝[J]. 劉干成,黃博. 中國激光. 2019(10)
[2]工藝參數(shù)對IC10高溫合金激光熔覆層形貌的影響[J]. 邢彬,常保華,都東. 焊接學報. 2015(07)
[3]先進的燃氣輪機葉片激光修復技術[J]. 王茂才,吳維. 燃氣輪機技術. 2001(04)
[4]燃氣輪機熱部件的修復[J]. 尹瑜玲,何正浩. 燃氣輪機技術. 1999(01)
碩士論文
[1]雙道激光加工小模數(shù)齒輪齒面鎳基合金涂層的應用研究[D]. 劉干成.湖北工業(yè)大學 2019
[2]小模數(shù)齒輪激光熔覆修復工藝試驗研究[D]. 鮑志軍.上海海事大學 2007
本文編號：2929578
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