激光直接制造技术的应用.doc

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1、激光直接制造技术的应用随着大功率激光器的研制开发，激光直接制造技术得到了迅速发展，广泛应用于航空航天丁•业、汽车工业、模具行业等。激光直接制造技术是利用聚焦激光束很高的功率密度，山激光加工机和光学系统在计算机控制下对金属或者合金表面特定部位进行扫描，使零件表面瞬间被加热或熔化，然后利用被加热或熔化的表面与机体之间极高的温度梯度和金属基体本身极好的导热性能实现快速自导热冷却，在零件农面获得高质量表面强化层，大幅度提高零件农面的硬度、耐磨性、抗接触疲劳能力以及耐腐蚀性。在基材衣面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料，从而构成一•种新的复合材料，以弥补机体所

2、缺少的高性能，显箸改善基体材料农面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能。这种复合材料能充分发挥两者的优势，弥补相互间的不足。对于某些共品合金，其至能得到非品态表层，具有极好的抗腐蚀性能。随看新军事变革和陆军建设转型的不断深入，戏升机在现代战争中成为非當重要的机动突击力量，各国对它的发展都十分重视。n升机包括武装直升机和其他专用直升机，而航空发动机相当于立升机的心脏，是确保直升机使用性能、可靠性和经济性的决定因素。庞升机与发动机上很多关键和复杂形状零部件制造工艺复杂，生产周期长，价格昂贵，部分零部件需要从国外进II,订购周期长口受制于人，如发生损伤不能得到及时备件

3、更换将影响系统工作。如直升机某型号发动机进行大修，需要更换烧蚀和僭损的涡轮叶片，山于西方国家对我国技术封锁和进口航材限制，涡轮叶片的供应不能满足大修需求，直接影响发动机大修和直升机完好率，因此研究激光直接制造技术对损伤零部件进行修复，有利于延长零部件使用寿命，提高修理能力，保障直升机完好率。激光直接制造技术是一种结合了快速成形技术和激光熔覆技术特点的离散堆积的制造方式，它建立在成熟的送粉式激光熔覆技术基础上，同时融合了快速原型技术和计算机辅助设计/制造技术，制造过程自动化、热应力小、无变形，可广泛用于齐种关键和复杂形状冬件的生产和修复。随着航空设计和制造技术

4、的进步，新型结构、新材料和新工艺在直升机发动机制造过程中被大量采用，因此冇升机发动机的维修不断遇到前所未有的新的挑战，即如何满足高质量、高性能、快速、可靠的维修要求。激光直接制造是激光材料加工的最新发展和前沿领域,它建立在成熟的送粉式激光熔覆技术基础上，同吋融合了快速原型技术和计算机辅助设计和制造技术，实现了激光材料加工技术的跨越式发展,在航空、航天、能源和武器装备等领域的关键冬部件制造方而已逐步得到应用，在装备维修方面也显示出广阔的应用前景。克升机发动机涡轮叶片、导向叶片和气路封严系统的许多零件可以通过维修延长使用寿命。随着军用直升机预期寿命的不断延长，越

5、来越需要先进的维修和大修技术来提高维修能力，其屮包括改进现有技术以及开发新技术。多年來，传统的航空维修广泛采用焊接技术,特别是发动机叶片的维修，但是依然存在许多实际问题。对需要维修的叶片有很多限制和要求，有许多叶片不能采用现有焊接技术维修，或者在维修过程中山于变形、开裂或热损伤而造成叶片报废，或者山于修复时强烈受热使性能降低导致叶片使用寿命缩短、可靠性下降。此外维修效率低、后续加工量大、农面成形差、工艺复杂且难于控制。直接制造技术为直升机发动机维修和大修提供了新颖独特的解决方案，可以使维修更迅速和更可靠地完成。其优点为过程自动化、热应力小、无变形，能够维修可

6、焊性差的材料。山于快速凝固和冷却，维修区和热影响区都可以保持髙的强度和韧性，可以预先对维修区的尺寸形状进行检测和分析，对维修路径进行优化和设计，对维修工艺和过程进行检测和闭环反馈控制，从

7、仃保证了工艺过程更加稳定，可以获得更好的成形、表面质量和维修性能，可以显著提高零件寿命、延长IH件使用寿命，使直升机发动机的可靠性显著提高，对于改善产品质量，提高装备的抗打击能力都将产生显著的效果。激光加工本身就是-•种洁净的制造方式，它不产生废气、废水和废渣，使用的是最“干净”的电能，不会对环境造成任何污染。同时修复技术可以变废为宝、节约资源，降低对环境的污染。近三十年来

8、，世界各国投入大量的资金和人力开展激光器、激光加工机和材料激光加工的研究，并促使激光加工得到了飞速的发展。当代激光加工已曲一种特殊用途的加工技术发展成为较为通用的、具有多种用途的加工技术。激光加工在工业中所占比重12成为衡量一个国家工业加工水平高低的重耍指标之一。激光直接制造的概念最初是美国洛斯•阿拉莫斯国家实验室的科学家基于核武器关键零部件的快速制造提出的。经过多年的研究与开发，阿拉莫斯国家实验室、Sandia国家实验室、密歇根大学和加拿大集成制造技术研究所等分别独立设计开发成功了激光直接制造装备，并对激光直接制造各种材料的工艺性能和机械性能进行了研究。这

9、些材料包括不锈钢、银基高温合金、钛合金、金屈间化合物