激光焊接在发动机翻修中的应用

激光加工是利用高辐射强度的激光束 ，经过光学系统聚焦(聚焦后的功率密度可达到10*4~10*11w/cm2)，对工件加工部位施加高温的热加工技术。激光束的能量可使合金中的高熔点相、夹杂物等完全熔化。激光加工可在大气中进行，也可在真空中进行。对于一些特殊的合金(如钛合金)，无需在真空状态下进行激光加工，只需吹保护性气体(对于镍基合金和钦合金采用氨气或氮气)。基体材料熔化区可限制在几十微米，甚至更薄的范围。激光熔敷层产生的热影响区的厚度大约是熔敷层厚度的1/10(0.10-0.25mm)，这就意味着热影响区很窄。
激光熔敷和焊接技术优势
激光熔敷多用于发动机零部件的恢复尺寸修复，与其他形式的堆焊相比，该技术优势集中体现在以下几个方面。
(1) 激光熔敷加工精度高，易于实现近净成形和后续精加工。如果采用TIG堆焊，堆焊的宽度与高度不易控制，后续精加工余量过大，且热影响区大。
(2) 激光熔敷加工易于数字化控制，可加工几何形状复杂的零部件。若采用手工焊接，在稳定性和质量上都无法满足要求。
(3) 采用高效的自动化激光熔敷技术，可以有效地减小热影响区，降低叶片裂纹的产生，产品的一次合格率可以稳定在95%以上，而采用传统标准工艺(TIG堆焊)则相差甚远。
(4) 激光熔敷可以在氢气保护下进行，而无需真空环境。与电子束堆焊相比，加工效率更高，设备维护更方便。
国外的应用现状
激光熔敷技术主要用于航空发动机涡轮叶片、导向叶片和气路封严系统的零部件修理。以下是国外一些公司应用激光熔敷技术的情况。
(1) 英国罗-罗公司
激光熔敷在燃气轮机热端部件制造上的运用，应首推罗一罗公司。该公司于1981年就采用此工艺对RB211发动机涡轮叶片冠部阻尼面进行钻基耐磨合金敷层强化处理。在罗一罗公司资助下，英国诺丁汉大学已经开发出叶片修理系统，并在罗-罗公司大修中心得到应用，维修的范围有压气机叶尖，涡轮叶片封严蓖齿等。
(2) 美国普惠公司
普惠公司继罗-罗公司之后进一步发展了激光熔敷技术，成功地建立了两条自动化激光熔敷生产线，在JT8D和JT9D两种发动机的第一级和第二级的PWA1455合金材料的转子叶片锯齿冠阻尼面上，制备出高质量的钻基耐磨合金层。
普惠公司在美国空军项目(IMIP计划)资助下，建立了涡轮叶片激光焊接加工中心，可以完成涡轮叶片所需部件的自动激光焊接，如JTgD与Flo的二级涡轮转子叶片和V2500、F100与PW2037的涡轮导向叶片等。
(3) 美国通用电气公司
美国通用电气(GE)公司首先将激光熔敷技术应用在燃气轮机热端部件的修复上。它于1990年采用5kWCO2激光加工设备，接长修复了高压涡轮叶片的叶尖。并声称该技术为公司十大新技术之一。
GE公司成功地完成了喷气发动机的导流板和导向叶片的激光焊接组装，有效地解决了Inconel600和700系列Hastelloy，Ren41和Waspaloy牌号的镍基合金小型零件激光焊接变形与裂纹等问题。
(4) 美国霍尼韦尔公司
在先进的维修领域，霍尼韦尔公司重点发展以下三方面:自适应加工;激光焊接，钎焊和热加工;表面处理和先进涂层工艺。其中，激光焊接修理发动机叶片工艺已经成功用于LF507涡扇喷气发动机上。据统计，叶片的翻修成本仅为购置新叶片价格的1/5，对一台商用发动机，修理其低玉涡轮叶片，可以比更换这些叶片节约18万美元。该公司已经修复了100万片的涡轮叶片，并且修复的叶片已累计飞行2千万个飞行小时。霍尼韦尔公司拥有几十项关于激光焊接技术的专利，其中包括先进的送粉装置;采用3-D自适应技术激光焊接喷管和气体整流罩;便携式激光设备。