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激光系统可以修复废料堆中损坏的军用零件

发布时间:2019/12/27 10:33

激光系统可以修复废料堆中损坏的军用零件

工艺限制了热影响区,以修复易损部件

发布于:2019年12月27日

发布人:江苏科茂自动化有限公

关于:激光烧结

激光

但是,最近,一些军事机构已经在测试一种新的修复技术,该技术可以从废料堆中修复昂贵的零件。该技术被称为激光工程网成形,其产生的热量远低于传统的维修技术,因此热量极低,因此制造商表示它不会损坏涡轮叶片,叶片和叶轮等细小,薄的部件。在早期测试中,该技术修复了各种不可焊接的零件,从而为美军节省了数百万美元的年预算。

还可以自动将材料添加到磨损或破裂的表面上。在原始CAD数据,CNC界面或简化的示教软件的指导下,机器一次快速,可重复地沉积一层金属特征,从而提高了维修质量。

商业镜头

LENS由国家实验室发明,由增材制造系统供应商开发并商业化。

要开始修复过程,高功率的激光束会在受损的金属组件上击中一个小点(大约0.02英寸宽),从而产生熔池(见图1)。喷嘴将金属粉末吹入池中以增加其体积。喷嘴非常精确地定位材料,因此无需进行遮罩。在平面内重复此过程以创建单个金属层。然后在其上面沉积另一层。机器会逐层沉积,直到产生出金属模型的CAD模型。
激光

沉积发生在可以严格控制环境变量的密封工作区域或“手套箱”内部。这对于处理像钛这样的敏感合金至关重要,钛是在氩气中进行修复的,该氩气中的氧气含量仅为百万分之一。

调低热量

像普通的焊接技术一样,LENS通过在加热的表面添加金属来修复零件。但是,传统焊接工艺产生的热量会产生较大的热影响区(HAZ),在该区域中,热量会削弱要维修零件的微观结构。部件的完整性会因形成较大的热影响区而受到损害。

镜头产生的热量很少,可将热影响区降至最低。例如,在一个INCONEL®625合金零件中,LENS产生的热影响区仅为50微米宽。由于HAZ不会扩散到关键区域,因此LENS可以修复曾经被归类为不可修复的零件,这是由于传统焊接工艺产生的热量会导致强度损失或变形。

在大多数情况下,LENS系统产生的微小熔池以每秒1,000至5,000摄氏度的速度冷却。与其他焊接技术相比,快速的材料冷却和凝固产生了完全致密的特征,具有更高的强度和延性。在某些情况下,LENS修复甚至表现出优于原始材料的机械性能。这意味着零件在维修后的使用寿命可能比以前更长。

LENS产生小的,均匀的晶粒结构,从而提高了维修质量。该技术甚至可以复制某些应用所需的单晶结构。镜头维修也没有凹陷或底切,进一步扩大了维修范围。

物质优势

单个系统可以固定由多种材料制成的零件,包括316不锈钢,INCONEL 625,Ti-6A1-4V甚至是梯度材料成分。该过程还可以修复由非焊接材料制成的组件,例如MAR–M 247“ r”和许多镍基超级合金,包括Waspaloy®。

喷嘴几乎以所需的精确量沉积材料,从而最大程度地减少了后处理的清理和机加工。例如,在修理一个风扇叶片之后,机加工多余的材料仅需一分钟,而用传统的焊接技术去除大量沉积的钛则需要30分钟的机加工。

为了改善过程,LENS机器消除了许多手动任务,从而使维修速度更快,成本更低。这些机器具有计算机闭环控制系统,可帮助确保精确,可重复的维修操作。在每次操作期间,控制系统都会监控关键变量并不断优化过程。

激光的优势

两年前,美国国防部启动了一项耗资300万美元的计划,以将LENS确立为可行的维修选择。在该计划中,国防部现已将其视为一项重大成功,预计该用户将在短短六个月内收回其LENS投资。

LENS技术通过固定零件来节省成本,而成本仅为新零件的一小部分。考虑由INCONEL 713LC合金制成的压缩机。修理压缩机的LENS成本为2,000美元,而购买新压缩机的价格为8,300美元。最重要的是:军事设施通过修复曾经报废的压缩机,节省了6,300美元。

美国国家制造科学中心(NCMS),其成员公司和国防部(DOD)进行了一项合作研究项目,在阿拉巴马州安尼斯顿的安尼斯顿陆军仓库(ANAD)中采用LENS系统进行维修和大修。从传统的焊接方法来看,ANAD的M1艾布拉姆斯油箱的燃气涡轮发动机中的小而薄的金属零件以前被归类为无法修复,并被新零件替换。现在,一台LENS机器可以解决这些费用,只是更换成本的一小部分,据估计,国防部每年可节省630万美元以上的费用,比原始计划多了13.5%。

由NCMS领导的团队完成了技术评估和验证的第一个项目阶段,不仅证明LENS技术能够满足关键的性能要求,而且初步结果还表明,与仅达到最初的目标目标相比,预计每年节省的费用将超过747,000美元。少于560万美元。根据NCMS的初步调查结果,美国陆军坦克-汽车装备司令部已批准将LENS用于第一阶段测试的七次维修操作。通过其中一种方法,TACOM现在将能够完成第四次阶段的密封流道修复,成本仅为更换成本的三分之一。

除了这些焊接类型的固定装置之外,LENS机器还可以进行超出任何焊接系统能力的非常规维修。在一种情况下,几种焊接程序无法修复由420不锈钢制成的直径为1¼英寸的模具中的裂纹。重复的焊接尝试也破坏了裂纹(HAZ)区域的材料。最终,工人切断了裂纹的工具的一半,并用由LENS系统沉积的新一半替换了它。

最新的LENS机器具有视觉系统,使用户可以在监视器上看到损坏的部分。十字线出现在零件图像的顶部。“用户通过使用计算机鼠标移动十字线来绘制修复区域。然后他们输入过程参数,例如修复的长度和宽度。使用该图和输入的数据,特殊软件将生成指导LENS机器操作的维修文件,然后系统将这些信息存储起来以备将来使用,如果需要进行类似的维修,操作员可以使用存储的文件而不是创建一个新文件。

LENS技术的其他用途集中在小批量制造上,其中CAD文件驱动LENS创建零件,这些零件被认为是用传统技术无法制造的。这为LENS敞开了大门,可为需要时无法维修的零件制造替换组件。

江苏科茂自动化有限公司 www.jskemao.cn