CN111593343B - 采用激光熔覆修复襟翼滑轨镀铬表面掉块缺陷的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采用激光熔覆修复襟翼滑轨镀铬表面掉块缺陷的工艺方法，属于激光加工技术领域，主要用于飞机襟翼滑轨磨损缺陷的维修，该方法针对30CrMnSiNi2A超高强度钢工件，选用焊接性好、耐磨性优良的超高强度钢粉末作为熔覆材料，采用合理的激光熔覆工艺参数，对襟翼滑轨滑动工作表面进行修复。修复过程中非修理表面的镀铬层无脱落；修复部位无裂纹缺陷；修复组织耐磨性同原基体材料相当，使得零件服役寿命延长。采用该发明修复的某型飞机襟翼滑轨已实现装机应用。

Description

采用激光熔覆修复襟翼滑轨镀铬表面掉块缺陷的工艺方法

技术领域

本发明涉及采用激光熔覆修复襟翼滑轨镀铬表面掉块缺陷的工艺方法，属于激光加工技术领域，主要用于飞机襟翼滑轨磨损缺陷的维修。

背景技术

某型飞机襟翼滑轨采用30CrMnSiNi2A超高强度钢精密锻造且滑动工作表面有镀铬层，飞机经历翻修周期后，由于襟翼滑轨在飞机起降过程中承受巨大的载荷，会导致配偶表面发生形变及位置精度变化，影响滑动柔顺性，造成了局部滑动表面的磨损形成掉块缺陷。滑动工作表面的掉块缺陷平均深度不超过1mm，缺陷轮廓不规则，分布无规律。襟翼滑轨滑动工作表面上出现局部的掉块凹坑等故障，通常需要采用熔化焊的方法修复缺陷。此前该类缺陷主要采用氩弧焊方法进行修复，但由于焊接时超高强钢基体和镀铬层的热膨胀差异，在氩弧焊较高的热输入下，容易导致镀铬层的脱落，从而使得30CrMnSiNi2A钢暴露在腐蚀风险中。同时，襟翼滑轨的滑动工作表面为流线型的光滑曲面，局部的磨损凹坑缺陷深度和尺寸较小，使用氩弧焊焊丝修复时，难以控制修复轨迹及修复区域的尺寸及厚度，给后续机加工和打磨造成一定的麻烦。

发明内容

本发明设计提供了一种采用激光熔覆技术修复飞机襟翼滑轨镀铬滑动表面的工艺方法，目的是修复某型飞机襟翼滑轨镀铬滑动工作表面的磨损掉块缺陷。

本发明技术方案是：

采用激光熔覆修复襟翼滑轨镀铬表面掉块缺陷的工艺方法，主要针对的是材料为30CrMnSiNi2A的飞机襟翼滑轨，其特征在于：该方法的步骤是：

1)、制备30CrMnSiNi2A钢专用激光熔覆材料：选用碳含量低于0.2％、镍钴含量高于20％、杂质元素低于0.0001％的超高强度钢材料，制备成粒度为25μm～150μm的粉末材料；

2)、修复前表面清理去除缺陷区域的腐蚀层；露出金属光泽；

3)、修复前尺寸测量；对缺陷部位轮廓尺寸及深度进行测量，记录测量数据，计算需熔覆区域轮廓与扫描路径；

4)、激光熔覆：采用激光熔化制备的粉末材料，激光熔覆的单层厚度控制在0.1～0.3mm之间，采用多层熔覆完成；

5)、修复后测量：测量熔覆厚度，保证熔覆层留有0.3～0.5mm的加工余量且覆盖所有缺陷区域；

6)、修复后打磨；

7)、无损检测；采用荧光探伤方法，对激光熔覆层进行检查，要求无裂纹等线性缺陷。

所述步骤2)采用手持电枪打磨去除缺陷区域的腐蚀层，在缺陷边缘处注意减少打磨吃刀量避免边缘镀Cr层的脱落和松动，随后钢丝轮抛光打磨表面，尽可能使得打磨面平整过度，最后用丙酮擦洗。

所述磨抛的方向同滑轨滑动工作方向一致。

所述步骤3)计算需熔覆区域轮廓与扫描路径：是把缺陷分割成若干个矩形，每个矩形，以长边去熔覆，蛇形扫描覆盖整个矩形，以长边去熔覆是为了加快冷却速度，避免局部热量积累导致镀铬层脱落。

所述步骤4)激光熔覆的工艺参数为：激光功率300～500W，光斑直径0.3～0.8mm，熔覆速率300～500mm/min，相邻熔覆道搭接率为40％-50％，送粉速率0.8～2.0rpm，送粉气5～10L/min，保护气体10～15L/min。

所述步骤6)先后采用电动打磨枪、手工打磨锉和油石磨抛修复区域。

所述步骤7)无损检测；采用荧光探伤方法，对激光熔覆层进行检查，要求无裂纹及线性缺陷。

所述步骤3)、步骤5)修复前、修复后测量尺寸采用游标卡尺。

本发明有益效果：本发明涉及采用激光熔覆修复襟翼滑轨镀铬表面掉块缺陷的工艺方法，属于激光加工技术领域，主要用于飞机襟翼滑轨磨损缺陷的维修，该方法针对30CrMnSiNi2A超高强度钢工件，选用焊接性好、耐磨性优良的超高强度钢粉末作为熔覆材料，采用合理的激光熔覆工艺参数，对襟翼滑轨滑动工作表面进行修复。修复过程中非修理表面的镀铬层无脱落；修复部位无裂纹缺陷；修复组织耐磨性同原基体材料相当，使得零件服役寿命延长。采用该发明修复的某型飞机襟翼滑轨已实现装机应用。

附图说明

图1襟翼滑轨修复区打磨后形貌示意图

具体实施方式

以下将结合实例对本发明技术方案作进一步详述：

根据待修复襟翼滑轨在飞机上的服役情况，分析待修复部位的受力状况和磨损情况及原因，确认缺陷位置分布及结构组成，明确需要选择的熔覆材料，通过以上分析，实施以下具体步骤：

该种采用激光熔覆修复飞机襟翼滑轨的工艺方法，主要针对的是材料为30CrMnSiNi2A有镀铬层的襟翼滑轨，该方法的步骤是：

(1)制备30CrMnSiNi2A钢专用激光熔覆材料：选用碳含量低于0.2％、镍钴含量高于20％、杂质元素低于0.0001％的超高强度钢材料，制备成粒度为25μm～150μm的粉末材料；

(2)修复前表面清理。采用手持电枪打磨去除缺陷区域的腐蚀层，在缺陷边缘处注意减少打磨吃刀量避免边缘镀铬层的脱落和松动，随后钢丝轮抛光打磨表面，尽可能使得打磨面平整过度，最后用丙酮擦洗，露出金属光泽。

(3)修复前尺寸测量。采用游标卡尺，对磨损部位尺寸及深度进行测量，记录测量数据，计算需熔覆厚度与扫描路径。

(4)激光熔覆。实验设备为Arnold 6KW三维激光加工制造系统，采用激光填加粉末熔覆方法恢复缺陷位置的尺寸。激光熔覆的工艺参数为：激光功率300～500W，光斑直径0.3～0.8mm，熔覆速率300～500mm/min，相邻熔覆道搭接率为40％-50％，送粉速率0.8～2.0rpm，送粉气5～10L/min，保护气体10～15L/min，激光熔覆的单层厚度控制在0.1～0.3mm之间，采用多层熔覆完成。对于边缘翼板等散热不利的部位和大面积缺陷的修复部位，适当降低修复热输入，同时修复过程使用表面测温仪测温，每层熔覆完成控制基体温升在150℃以内再开始下一层熔覆。

(5)修复后测量。采用游标卡尺测量熔覆厚度，保证熔覆层留有0.3～0.5mm的加工余量且覆盖所有缺陷区域。

(6)修复后打磨。先后采用电动打磨枪、手工打磨锉和油石等打磨工具磨抛修复区域，磨抛的方向应该同滑轨滑动工作方向一致，使得修复区边缘与基体平滑过渡，修复区光滑平整。

(7)无损检测。采用荧光探伤方法，对激光熔覆层进行检查；要求无裂纹等线性缺陷。

具体实例一

采用激光熔覆修复某型飞机襟翼滑轨镀Cr滑动表面掉块缺陷。

某型飞机襟翼滑轨由超高强度钢精密锻造+表面镀铬而成，材料为30CrMnSiNi2A钢，飞机飞行到一个翻修周期后，襟翼滑轨与对偶件配合的滑动工作表面会出现磨损掉块凹坑，缺陷深度0.2～1.0mm，缺陷尺寸不超过50mm，缺陷分布无规律。

制备30CrMnSiNi2A钢专用激光熔覆材料：采用中频感应炉熔炼制备碳含量低于0.2％、镍钴含量低于20％、杂质元素低于0.0001％的超高强度钢铸锭。采用气雾化制粉工艺制备超高强度钢粉末，粒度为25μm～150μm的粉末材料，不允许存在大量团粉现象，夹杂率不超过5颗/200g。

修复前表面清理:采用手持电枪打磨去除缺陷区域的腐蚀层，在缺陷边缘处注意减少打磨吃刀量避免边缘镀铬层的脱落和松动，如边缘镀铬层有松动，应将松动的铬层全部打磨去除，缺陷边缘的修复倒角宽度应小于1mm，随后钢丝轮抛光打磨表面，尽可能使得打磨面平整过度，最后用丙酮擦洗，露出金属光泽。

修复前尺寸测量：采用游标卡尺，对磨损部位尺寸及深度进行测量，记录测量数据，因该零件缺陷深度不大，考虑到厚度与打磨余量可设计1-3层熔覆层。对于缺陷尺寸超过30mm的部位，可对其分割多个矩形进行熔覆，熔覆路径设计成矩形，路径应沿着矩形长边采用Z字型往复扫描，要求全部覆盖缺陷及倒角区域。

激光熔覆。实验设备为Arnold 6KW三维激光加工制造系统，采用激光熔覆方法恢复缺陷位置的尺寸。激光熔覆的工艺参数为：激光功率450±50W，光斑直径0.8mm，熔覆速率450±50mm/min，相邻熔覆道搭接率为45％，送粉速率1.2±0.2rpm，送粉氩气10L/min，保护氩气体12±2L/min，激光熔覆的单层厚度控制在0.25±0.05mm之间，采用多层熔覆完成，修复过程使用表面测温仪测温，每层熔覆完成控制基体温升在150℃以内再开始下一层熔覆。对于边缘翼板部位的缺陷与下部滑动表面的缺陷，适当降低激光功率或提高扫描速度，以避免热输入过大引起周边区域镀层脱落。

修复后测量：采用游标卡尺测量熔覆厚度，保证熔覆层留有0.3～0.5mm的加工余量且覆盖所有缺陷区域。

修复后打磨：先后采用电动打磨枪、手工打磨锉对修复区域进行打磨，使得修复区与周边接近同一平面，注意打磨方向应与滑轨滑动工作方向一致。使用油石磨抛修复区域，磨抛的方向应该同滑轨滑动工作方向一致，使得修复区边缘与基体平滑过渡，修复区光滑平整，如图1所示。打磨与磨抛过程如有将局部区域镀层打掉或导致松动，应对该处再次进行激光熔覆，然后重新打磨抛光。

无损检测。采用荧光探伤方法，对激光熔覆层进行检查；要求无裂纹等线性缺陷。

与现有技术相比，采用本发明技术方案修复的襟翼滑轨无裂纹缺陷，修复不会导致未修复区的镀铬层剥落，且无需对修复区进行再次镀铬，保证了零件滑动过程的使用，同时修复区域显微硬度接近母材，耐磨性同母材一致，耐腐蚀性能优于母材；磨抛加工后，修复区表面光整，与基体平滑过渡，尺寸满足装配要求。现已实现装机。

激光熔覆与普通焊接方法相比有以下优势：激光束的能量密度高，加热与冷却速度快，对基材的热影响较小，引起工件的热膨胀变形小；可将基材的稀释作用限制在极低的程度，可小于0.1mm，从而保持了熔覆材料的优异性能；熔覆层的厚度范围较大，单道送粉一次熔覆厚度0.1～2.0mm；单道熔覆宽度较小，可修复尺寸较小的缺陷；通过填加不同粉末，能显著改善基体材料表面的耐蚀、耐磨、耐热、抗氧化性能。

基于激光熔覆技术的优势，制备焊接性良好，耐磨性、耐蚀性优良的超高强度钢粉末，在30CrMnSiNi2A试板上进行了激光熔覆试验，并对熔覆试样微观组织、硬度、室温性能、摩擦磨损性能以及耐腐蚀性能进行了检测。结果显示：熔覆层组织致密、未见裂纹、无夹杂缺陷；熔覆层硬度与母材近乎一致，仅在热影响区出现大约0.15mm的软化区，软化区硬度相较于熔覆层有14％的降低；室温抗拉强度达到母材的92％，冲击韧性优于母材；熔覆层与基体摩擦系数、摩擦痕迹尺寸均与基体材料近似，表明两种材料耐磨性能相当。熔覆层耐腐蚀性能优于母材。

Claims (7)

1.采用激光熔覆修复襟翼滑轨镀铬表面掉块缺陷的工艺方法，主要针对的是材料为30CrMnSiNi2A的飞机襟翼滑轨，其特征在于：该方法的步骤是：

1)、制备30CrMnSiNi2A钢专用激光熔覆材料：选用碳含量低于0.2％、镍钴含量高于20％、杂质元素低于0.0001％的超高强度钢材料，制备成粒度为25μm～150μm的粉末材料；

2)、修复前表面清理去除缺陷区域的腐蚀层；露出金属光泽；

3)、修复前尺寸测量；对缺陷部位轮廓尺寸及深度进行测量，记录测量数据，计算需熔覆区域轮廓与扫描路径；

4)、激光熔覆：实验设备为Arnold 6KW三维激光加工制造系统，采用激光填加粉末熔覆方法恢复缺陷位置的尺寸；激光熔覆的工艺参数为：激光功率300～500W，光斑直径0.3～0.8mm，熔覆速率300～500mm/min，相邻熔覆道搭接率为40％-50％，送粉速率0.8～2.0rpm，送粉气5～10L/min，保护气体10～15L/min，激光熔覆的单层厚度控制在0.1～0.3mm之间，采用多层熔覆完成；对于边缘翼板散热不利的部位和大面积缺陷的修复部位，适当降低修复热输入，同时修复过程使用表面测温仪测温，每层熔覆完成控制基体温升在150℃以内再开始下一层熔覆；

5)、修复后测量：测量熔覆厚度，保证熔覆层留有0.3～0.5mm的加工余量且覆盖所有缺陷区域；

6)、修复后打磨；

7)、无损检测；采用荧光探伤方法，对激光熔覆层进行检查，要求无裂纹。

2.如权利要求1所述的采用激光熔覆修复襟翼滑轨镀铬表面掉块缺陷的工艺方法，其特征在于：所述步骤2)采用手持电枪打磨去除缺陷区域的腐蚀层，在缺陷边缘处注意减少打磨吃刀量避免边缘镀Cr层的脱落和松动，随后钢丝轮抛光打磨表面，尽可能使得打磨面平整过度，最后用丙酮擦洗。

3.如权利要求1所述的采用激光熔覆修复襟翼滑轨镀铬表面掉块缺陷的工艺方法，其特征在于：所述修复后打磨的磨抛的方向同滑轨滑动工作方向一致。

4.如权利要求1所述的采用激光熔覆修复襟翼滑轨镀铬表面掉块缺陷的工艺方法，其特征在于：所述步骤3)计算需熔覆区域轮廓与扫描路径：是把缺陷分割成若干个矩形，每个矩形，以长边去熔覆，蛇形扫描覆盖整个矩形，以长边去熔覆是为了加快冷却速度，避免局部热量积累导致镀铬层脱落。

5.如权利要求1所述的采用激光熔覆修复襟翼滑轨镀铬表面掉块缺陷的工艺方法，其特征在于：所述步骤6)先后采用电动打磨枪、手工打磨锉和油石磨抛修复区域。

6.如权利要求1所述的采用激光熔覆修复襟翼滑轨镀铬表面掉块缺陷的工艺方法，其特征在于：所述步骤7)无损检测；采用荧光探伤方法，对激光熔覆层进行检查，要求无裂纹及线性缺陷。

7.如权利要求1所述的采用激光熔覆修复襟翼滑轨镀铬表面掉块缺陷的工艺方法，其特征在于：所述步骤3)、步骤5)修复前、修复后测量尺寸采用游标卡尺。

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