激光加工是利用高輻射強度的激光束籍囱，經過光學系統(tǒng)聚焦(聚焦后的功率密度可達到10*4~10*11w/cm2)似魄，對工件加工部位施加高溫的熱加工技術世雄。激光束的能量可使合金中的高熔點相度坞、夾雜物等完全熔化。激光加工可在大氣中進行寞竭，也可在真空中進行点骑。對于一些特殊的合金(如鈦合金)，無需在真空狀態(tài)下進行激光加工谍夭，只需吹保護性氣體(對于鎳基合金和欽合金采用氨氣或氮氣)黑滴。基體材料熔化區(qū)可限制在幾十微米紧索，甚至更薄的范圍跷跪。激光熔敷層產生的熱影響區(qū)的厚度大約是熔敷層厚度的1/10(0.10-0.25mm)，這就意味著熱影響區(qū)很窄齐板。

　　激光熔敷和焊接技術優(yōu)勢

　　激光熔敷多用于發(fā)動機零部件的恢復尺寸修復，與其他形式的堆焊相比葛菇，該技術優(yōu)勢集中體現在以下幾個方面甘磨。

　　(1)激光熔敷加工精度高，易于實現近凈成形和后續(xù)精加工眯停。如果采用TIG堆焊济舆，堆焊的寬度與高度不易控制，后續(xù)精加工余量過大莺债，且熱影響區(qū)大滋觉。

　　(2)激光熔敷加工易于數字化控制，可加工幾何形狀復雜的零部件讼石。若采用手工焊接苇赊，在穩(wěn)定性和質量上都無法滿足要求韵慷。

　　(3)采用高效的自動化激光熔敷技術，可以有效地減小熱影響區(qū)忠辛，降低葉片裂紋的產生蜀契，產品的一次合格率可以穩(wěn)定在95%以上，而采用傳統(tǒng)標準工藝(TIG堆焊)則相差甚遠哎闻。

　　(4)激光熔敷可以在氫氣保護下進行敏卦，而無需真空環(huán)境。與電子束堆焊相比枚林，加工效率更高米鹏，設備維護更方便。

　　國外的應用現狀

　　激光熔敷技術主要用于航空發(fā)動機渦輪葉片郭菜、導向葉片和氣路封嚴系統(tǒng)的零部件修理栗哥。以下是國外一些公司應用激光熔敷技術的情況。

　　(1)英國羅-羅公司

　　激光熔敷在燃氣輪機熱端部件制造上的運用泼舱，應首推羅一羅公司等缀。該公司于1981年就采用此工藝對RB211發(fā)動機渦輪葉片冠部阻尼面進行鉆基耐磨合金敷層強化處理。在羅一羅公司資助下娇昙，英國諾丁漢大學已經開發(fā)出葉片修理系統(tǒng)尺迂，并在羅-羅公司大修中心得到應用，維修的范圍有壓氣機葉尖冒掌，渦輪葉片封嚴蓖齒等噪裕。

　　(2)美國普惠公司

　　普惠公司繼羅-羅公司之后進一步發(fā)展了激光熔敷技術，成功地建立了兩條自動化激光熔敷生產線股毫，在JT8D和JT9D兩種發(fā)動機的第一級和第二級的PWA1455合金材料的轉子葉片鋸齒冠阻尼面上膳音，制備出高質量的鉆基耐磨合金層。

　　普惠公司在美國空軍項目(IMIP計劃)資助下铃诬，建立了渦輪葉片激光焊接加工中心祭陷，可以完成渦輪葉片所需部件的自動激光焊接，如JTgD與Flo的二級渦輪轉子葉片和V2500趣席、F100與PW2037的渦輪導向葉片等兵志。

　　(3)美國通用電氣公司

　　美國通用電氣(GE)公司首先將激光熔敷技術應用在燃氣輪機熱端部件的修復上。它于1990年采用5kWCO2激光加工設備宣肚，接長修復了高壓渦輪葉片的葉尖萝轰。并聲稱該技術為公司十大新技術之一。

　　GE公司成功地完成了噴氣發(fā)動機的導流板和導向葉片的激光焊接組裝好阎，有效地解決了Inconel600和700系列Hastelloy疹咕，Ren41和Waspaloy牌號的鎳基合金小型零件激光焊接變形與裂紋等問題。

　　(4)美國霍尼韋爾公司

　　在先進的維修領域环胸，霍尼韋爾公司重點發(fā)展以下三方面:自適應加工;激光焊接铲恃，釬焊和熱加工;表面處理和先進涂層工藝夫咏。其中，激光焊接修理發(fā)動機葉片工藝已經成功用于LF507渦扇噴氣發(fā)動機上齐梆。據統(tǒng)計坝贿，葉片的翻修成本僅為購置新葉片價格的1/5，對一臺商用發(fā)動機舷咆，修理其低玉渦輪葉片爬搓，可以比更換這些葉片節(jié)約18萬美元。該公司已經修復了100萬片的渦輪葉片唐唉，并且修復的葉片已累計飛行2千萬個飛行小時唠鹅。霍尼韋爾公司擁有幾十項關于激光焊接技術的專利酌摇，其中包括先進的送粉裝置;采用3-D自適應技術激光焊接噴管和氣體整流罩;便攜式激光設備膝舅。

　　霍尼韋爾公司的設備與技術獲得了ISO9001的認證，同時在發(fā)動機的部件和附件的檢查窑多、翻修仍稀、測試等方面也取得了FAA/JAA的認證。

　　(5)德國MTU公司

　　德國MTU公司與漢諾威激光研究中心共同發(fā)展了激光堆焊技術埂息，用于渦輪葉片冠部阻尼面的硬面敷層或恢復幾何尺寸技潘。

　　MTU公司采用包覆熔敷技術(Contained Laser Powder Cladding，CLPC)對發(fā)動機壓氣機葉片葉尖部的磨損進行修復千康。公司在堆焊研究過程中分別采用等離子弧焊接(Plasma Arc welding,PAW)享幽，普通激光熔敷(Laser Powder cladding，LPC)與包覆熔敷進行對比試驗拾弃。結果表明值桩，為獲得熔敷的足夠高度，PAW和LPC技術需要2~3次熔敷過程豪椿，而CLPC只需一次;CLPC的熔敷速度明顯高于其他兩種技術;在熔敷的后續(xù)加工中PAW與LPC修復的葉片加工量很大奔坟，而CLPC基本無需加工，可以認為CLPC技術是近凈形修復技術;修復后的顯微硬度顯示CLPC與LPC加工的材料硬度明顯高于PAW祸弥，熱影響區(qū)也大大小于PAW偎旱。MTU采用高效的自動化激光熔敷技術，可以有效地減小熱影響區(qū)酬绞，降低葉片裂紋的產生。產品的一次合格率可以穩(wěn)定在95%以上或祖，而采用傳統(tǒng)標準工藝(TIG堆焊)一次合格率平均不足75%祖务。

　　(6)美國伍德集團公司

　　美國伍德集團公司利用激光粉末合金熔焊技術修理航空發(fā)動機葉片，取得了很好的效果凰彼。采用這種修理技術可以修理過去認為不可修的單晶和DS合金零部件彭撑。利用該技術生產的焊接件可以精確保持部件的原有形狀和尺寸絮檀，減少焊后處理工序，從而提高生產率蜈藏。

　　(7)加拿大Liburdi集團公司

　　加拿大Liburdi集團公司研制了一種專利的葉片修理技術卜陵，該技術采用一種激光器及實心金屬焊絲相結合的方法。這種修理方法的基本過程是讓激光束將工件的基體熔化形成焊池迂雪，然后將焊絲引入焊池使其熔化开贼，并通過基體金屬與激光束的相對移動而使熔融的金屬凝固成連續(xù)焊縫。這種修理技術的優(yōu)點是輸入的熱量少皆疹，因此不需要復雜的冷卻系統(tǒng)疏橄。而且，速度高略就，焊點可實現“近凈”成形捎迫。Liburdi集團公司現已成功將該技術應用在羅-羅公司的RB211的高壓渦輪，中壓渦輪和低壓渦輪的葉片修理上表牢，并且在2001年獲得羅一羅公司授權專門從事RB211發(fā)動機葉片和其他相關部件的激光焊接修復工作窄绒。Liburdi集團公司還獲得GE，西門子一西屋的"F"級部件修理許可崔兴，從事GE7FA系列的噴嘴和燃燒室等修復彰导。同時還承擔西門子V84.3A系列的1、2恼布、3級葉片的修復螺戳。

　　國內的應用現狀

　　航空發(fā)動機葉冠阻尼面表面耐磨處理技術有四種:一是像WP7一樣，采用等離子噴涂;二是像AII-31Φ一樣折汞，采用真空高溫釬焊耐磨合金塊;三是像CFM56倔幼，采用氫弧堆焊;四是像美國JT8D，采用激光熔敷涂層整诈。中科院金屬所與沈陽發(fā)動機研究所開發(fā)的渦輪葉片鋸齒冠激光熔覆技術(熔敷材料為含有少量稀土元素的CoCrw)坷磷，已經成功用于我國自主研發(fā)的兩種新型航空發(fā)動機的葉冠阻尼面硬面敷層強化處理上，獲得了十分滿意的效果恒晋。通過一系列的試驗竹坝，包括熔覆的工藝試驗、耐磨性試驗止歇、抗氧化和腐蝕試驗磷兢、結合力試驗、硬度測定和金相分析等翘辑，證明激光熔覆層質量大大優(yōu)于其他傳統(tǒng)噴涂工藝狭龄。

　　中科院金屬所采用激光微積分顯微焊技術對工件的三維立體局域損傷(如孔洞、氣孔溜信、深坑和裂紋等)進行了原位無損修復蜘傻，特別是基材為難焊接或不可焊接材料時更為有效绷咳。激光顯微焊優(yōu)點在于可以獲得內應力最小、空間界面結合最好琅翻，最少缺陷的立體補焊修復區(qū)∥蝗剩現已應用此技術成功地修補了我國研制的新機空心導向葉片的鑄造工藝孔，對其低壓渦輪1方椎，2級三連體無余量精鑄導向器葉片大小安裝板上的疏松聂抢、縮孔與裂紋等缺陷進行了激光補焊，通過了裝機臺架試車考核辩尊。

　　總結

　　現在涛浙，采用激光修復發(fā)動機關鍵部件的技術，已經得到許多發(fā)動機制造廠商的認可摄欲。如羅一羅轿亮、普惠、GE等公司都在其發(fā)動機翻修手冊中介紹了激光焊接技術胸墙。因此我注，可以預見激光焊接技術在發(fā)動機翻修中的地位將越來越重要。

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