आज, क्रोमियम चढ़ाना को बदलने के लिए एयरोस्पेस भागों और घटकों की मरम्मत में लेजर क्लैडिंग तकनीक का अध्ययन किया जाता है। प्रयोगों के माध्यम से, यह सत्यापित किया जाता है कि क्लैडिंग परत में उच्च कठोरता और बाद के प्रसंस्करण की व्यवहार्यता है। अंत में, लेजर क्लैडिंग की तुलना पारंपरिक क्रोमियम चढ़ाना प्रौद्योगिकी के साथ की जाती है।
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अनुप्रयोग पृष्ठभूमि
एयरोस्पेस मैन्युफैक्चरिंग टूल्स, जैसे कि जुड़नार, रिंग और सपोर्ट स्ट्रक्चर्स, उच्च-शक्ति सामग्री (जैसे निकेल-आधारित मिश्र धातुओं और टाइटेनियम मिश्र धातुओं) के प्रसंस्करण के कारण लंबे समय से पहनने के मुद्दों का सामना करते हैं। पारंपरिक मरम्मत के तरीके मुख्य रूप से हार्ड क्रोम चढ़ाना का उपयोग करते हैं, लेकिन इस दृष्टिकोण में महत्वपूर्ण कमियां हैं:
① पर्यावरणीय जोखिम: क्रोमिक एसिड समाधान कार्सिनोजेनिक हैं और यूरोपीय संघ के पहुंच नियमों के तहत सख्ती से विनियमित हैं;
② प्रक्रिया दोष: कोटिंग को छीलने और बुदबुदाते हुए प्रवण होता है, जिसमें कई रीचवर्क चक्रों की आवश्यकता होती है;
③ मोटाई सीमाएं: कोटिंग आमतौर पर 1 मिमी से अधिक होती है, जिससे अपर्याप्त मशीनिंग भत्ता होता है।
इन मुद्दों को संबोधित करने के लिए, लेजर क्लैडिंग (लेजर क्लैडिंग, एलसी) तकनीक पर केंद्रित एक नया मरम्मत समाधान प्रस्तावित है। यह विधि उपकरण की सतहों को पुन: उत्पन्न करने और उनके प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए पर्यावरण के अनुकूल, उच्च परिशुद्धता योजक विनिर्माण प्रक्रियाओं का उपयोग करती है। तकनीकी विशेषताएं इस प्रकार हैं:
उत्कृष्ट पर्यावरणीय प्रदर्शन
① पूरी तरह से क्रोमिक एसिड को समाप्त कर देता है, कोटिंग सामग्री के रूप में धातु पाउडर का उपयोग करते हुए, हरे रंग के विनिर्माण रुझानों के साथ संरेखित करता है;
② इस प्रक्रिया में कोई हानिकारक उत्सर्जन नहीं है, यूरोपीय संघ के नियामक आवश्यकताओं को पूरा करता है।
धातु -संबंध
① कोटिंग प्रसार तंत्र के माध्यम से सब्सट्रेट के साथ एक धातुकर्म बंधन बनाता है, जिससे कोई दोष नहीं होता है जैसे कि बुलबुले या इंटरफ़ेस पर छीलना।
जटिल संरचनाओं के अनुकूलता
① फ्लैट सतहों, बाहरी बेलनाकार सतहों, और आंतरिक बेलनाकार सतहों पर बहु-आयामी मरम्मत में सक्षम, विशिष्ट उपकरण संरचनाओं को कवर करना;
② रोबोट सहयोगी नियंत्रण और इच्छुक पाउडर फीडिंग (10 ° -30 °) के माध्यम से, यह सीमित स्थानों में क्लैडिंग की चुनौती को हल कर सकता है।
मशीनिंग भत्ता
① मल्टी-लेयर क्लैडिंग (जैसे, 2 मिमी मोटी) मशीनिंग भत्ता सुनिश्चित करता है, अत्यधिक पतले पारंपरिक कोटिंग्स के कारण होने वाले मुद्दों से बचता है।
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लेजर क्लैडिंग: सामग्री और तरीके
विशेषताएं: हार्डनेस 28-32 एचआरसी, व्यापक रूप से एयरो-इंजन मशीनिंग उपकरणों के निर्माण में उपयोग किया जाता है, उच्च शक्ति और उच्च पहनने के प्रतिरोध की आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है।
चयन का आधार: इसके हीट ट्रीटमेंट परफॉर्मेंस (शमन + टेम्परिंग) और लेजर क्लैडिंग हीट इनपुट की संगतता यह सुनिश्चित करने के लिए कि सब्सट्रेट क्लैडिंग प्रक्रिया के दौरान विकृत या दरार नहीं करता है।
कोटिंग सामग्री: निकर्बी मिश्र धातु पाउडर
रचना: एनआई बेस (सीआर 17%, बी 3.5%, एसआई 4%, सी 1%, एफई 4%), कण आकार वितरण 15-53 sightm। ब्रांड नाम: स्विस ओर्लिकॉन मेटको मेटको 15 एफ।
① स्व-पिघलना: बी और एसआई पिघलने बिंदु को कम कर सकते हैं, पिघल पूल के प्रवाह को बढ़ावा दे सकते हैं, और संयुक्त राष्ट्र-पिघले हुए कणों को कम कर सकते हैं।
② उच्च कठोरता: सीआर और सी हार्ड कार्बाइड बनाते हैं, जैसे कि CR₇C,, CR₃C₂, पहनने के प्रतिरोध में सुधार करने के लिए।
③ दरार प्रतिरोध: नी मैट्रिक्स थर्मल तनाव को कम करता है और क्लैडिंग परत के क्रैकिंग से बचता है।
लेजर क्लैडिंग प्रक्रिया के लिए उत्पाद आवश्यकताएं
1। क्लैडिंग परत की मोटाई 1.5 माइक्रोन से अधिक या बराबर है
2। क्लैडिंग लेयर की कठोरता 38 एचआरसी से अधिक है
* उत्पाद भौतिक (बाएं), तकनीकी चित्र (दाएं)
लेजर क्लैडिंग तंत्र
लेजर: लेजरलाइन, मॉडल एलडीएफ 4000-30, तरंग दैर्ध्य 940-980nm।
पाउडर फीडिंग सिस्टम: GTV PF पाउडर फीडर।
क्लैडिंग हेड: Fraunhofer IWS समाक्षीय क्लैडिंग हेड, स्पॉट व्यास 3.5 मिमी।
रोबोट: REIS RV60-40 रोबोट + RDK-05 घूर्णन तालिका, जो जटिल प्रक्षेपवक्र नियंत्रण का एहसास कर सकती है।
प्रक्रम पैरामीटर अनुकूलन
· तर्क: क्लैडिंग परत की ऊंचाई और कठोरता को अधिकतम करें, संलयन और थर्मल प्रभावित क्षेत्र की गहराई को कम करें, और सब्सट्रेट के ओवरहीटिंग और नरम होने से बचें।
· इष्टतम पैरामीटर: लेजर पावर 1000W + पाउडर फीडिंग दर 17.4g/मिनट, उच्च कठोरता (> 700 HV 1) और कम कमजोर पड़ने की दर (<10%)।
* क्लैडिंग प्रक्रिया पैरामीटर
* एकल चैनल क्लैडिंग परत माप का योजनाबद्ध आरेख
बहु-पास मल्टी-लेयर क्लैडिंग रणनीति
पथ योजना
प्लानर सतह (CLAD A): समानांतर स्कैन पथ, ओवरलैप दर 50%, पाउडर संचय से बचने के लिए 10 ° झुकाव।
बाहरी बेलनाकार सतह (CLAD B): सर्पिल स्कैन पथ, घूर्णन तालिका का तुल्यकालिक नियंत्रण, 10 ° झुकाव।
आंतरिक बेलनाकार सतह (CLAD C): 30 ° सीमित स्थान में झुकाव, पिघले हुए पूल की स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए पाउडर फीडिंग कोण को समायोजित करें।
परत नियंत्रण: कई थर्मल चक्रों के कारण होने वाली दरारों से बचने के लिए क्लैडिंग की 2 परतें, 2 मिमी की कुल मोटाई।
मैट्रिक्स प्रीट्रीटमेंट:
सरफेस पॉलिशिंग: सैंडपेपर पॉलिशिंग को रा <1.6 माइक्रोन, ऑक्साइड परत और तेल संदूषण को हटा दें।
सफाई: कोई तेल अवशेषों को सुनिश्चित करने के लिए आइसोप्रोपेनॉल के साथ अल्ट्रासोनिक सफाई।
प्रोसेसिंग के बाद
टर्निंग: फ्लैट और बाहरी बेलनाकार सतहों को सीएनसी लैथ्स पर बदल दिया जाता है।
पीस: फ्लैट और बाहरी बेलनाकार सतहों के लिए सेंटर होल पीस मशीन का उपयोग करें।
मिलिंग: एक विशेष मिलिंग मशीन पर आंतरिक बेलनाकार सतहों की मिलिंग।
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लेजर क्लैडिंग: प्रक्रिया पैरामीटर
लेजर शक्ति का प्रभाव
उच्च शक्ति से पिघल पूल के विस्तार और बेस बॉडी पिघलने की वृद्धि होती है, लेकिन कमजोर पड़ने की दर 20%से अधिक हो सकती है, जिससे कोटिंग रचना की शुद्धता कम हो सकती है।
A) क्लैडिंग लेयर की ऊंचाई, b) क्लैडिंग लेयर की चौड़ाई, c) फ्यूजन की गहराई, d) लेजर पावर और पाउडर फीडिंग रेट के साथ खतरनाक गहराई भिन्न होती है
कठोरता और कमजोर पड़ने की दर
① जब लेजर पावर 1000W है और पाउडर फीडिंग दर 10.4g/मिनट है, तो कठोरता 680 HV0.3 के शिखर तक पहुंच जाती है। इस समय, कमजोर पड़ने की दर कम (~ 10%) है, और कोटिंग में हार्ड चरण (CR₇C₃, CR₃C₂) का अनुपात अधिक है।
② उच्च कमजोर पड़ने की दर (> 20%) कोटिंग में मैट्रिक्स लोहे की घुसपैठ की ओर जाता है, जिससे Fe-Cr ठोस समाधान बनता है, जो कठिन चरण को मजबूत करने के प्रभाव को कमजोर करता है।
* कठोरता और कमजोर पड़ने की दर पर प्रक्रिया मापदंडों का प्रभाव: ए) कठोरता, बी) कमजोर पड़ने की दर
पाउडर फीडिंग दर का प्रभाव
अत्यधिक पाउडर फीडिंग दर (> 17.4g/मिनट) से अधिक अन-पिघले हुए कणों को जन्म दिया जाएगा और कोटिंग के घनत्व में कमी आएगी।
* पाउडर फीडिंग रेट और सिंगल चैनल क्लैडिंग हाइट के बीच संबंध: जब लेजर पावर 1000W से कम होता है, तो पाउडर फीडिंग रेट बढ़ता है और क्लैडिंग ऊंचाई लॉगरिद्मिक रूप से बढ़ जाती है
बहु-परत क्लैडिंग रणनीति
50% ओवरलैप दर और क्लैडिंग की दो परतों के साथ, कुल मोटाई 2 मिमी है। यद्यपि एक ही परत की ऊंचाई सीमित है और कई परतें मशीनिंग भत्ता आवश्यकताओं को पूरा कर सकती हैं, मैट्रिक्स नरम करने से बचने के लिए थर्मल इनपुट को नियंत्रित किया जाना चाहिए (खतरा गहराई <200 μM)।
* सतह कोटिंग की मोटाई: विमान की कोटिंग मोटाई, बाहरी बेलनाकार सतह और आंतरिक बेलनाकार सतह 2 मिमी है
* क्लैडिंग के बाद उत्पाद की सतह पर स्थानीय दोष: ए) उत्तल और अवतल शुरू और बाहरी सतह क्लैडिंग के बिंदुओं को समाप्त करना, बी) आंतरिक सतह पर पाउडर आसंजन घटना
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यांत्रिक प्रसंस्करण और दोष विश्लेषण
अपघर्षक मशीनिंग
सतह की गुणवत्ता: सतह खुरदरापन आरए = 0.272μm पीसने के बाद, जो एयरोस्पेस टूल आरए <1.25μm की आवश्यकताओं को पूरा करता है। जब पीस की गहराई 0.4 मिमी थी, तो कोई दरारें नहीं पाई गईं।
लाभ: पीस माइक्रो-कटिंग के माध्यम से सामग्री को हटाता है, उच्च कठोरता कोटिंग्स (~ 750 एचवी 1) पर प्रभाव भार से बचता है और क्रैकिंग के जोखिम को कम करता है।
मोड़ और मिलिंग
टूल वियर: बाहरी बेलनाकार सतह को मोड़ते समय, हार्ड मिश्र धातु उपकरण का अत्याधुनिक 0.3 मिमी काटने के बाद क्रैक हो जाएगा। कारण यह है कि कोटिंग कठोरता अधिक है, जिसके परिणामस्वरूप अत्यधिक कतरनी तनाव होता है।
सतह दोष: जब आंतरिक बेलनाकार सतह को मिलाते हैं, तो कोटिंग में स्थानीय दरारें दिखाई देती हैं। मुख्य कारण क्लैडिंग परत में अवशिष्ट तनाव के युग्मन प्रभाव से संबंधित है और कंपन को काट रहा है।
* विमान और बाहरी बेलनाकार सतह को मोड़ने के बाद: कोटिंग क्रैकिंग और अनियमित चिप्स
* टूल वियर: ए) टर्निंग के बाद बाहरी बेलनाकार सतह, बी) हार्ड मिश्र धातु ब्लेड एज फ्रैक्चर
* पॉलिश बाहरी बेलनाकार सतह: सतह खुरदरापन में सुधार हुआ, लेकिन अभी भी सूक्ष्म खरोंच दिखाई दे रहा है
* मिल्ड इनर बेलनाकार सतह: कोटिंग की स्थानीय दरार, मिलिंग कंपन और अवशिष्ट तनाव युग्मन कार्रवाई
प्रसंस्करण पैरामीटर सुझाव
टर्निंग: थर्मल तनाव को कम करने के लिए कूलेंट द्वारा पूरक, सीबीएन या डायमंड कोटिंग्स जैसे उच्च लाल कठोरता उपकरण की आवश्यकता होती है।
मिलिंग: प्रति दांतों को कम करें और कंपन को दबाने के लिए हाई स्पीड मिलिंग रणनीति का उपयोग करें।
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माइक्रोस्ट्रक्चर और चरण विश्लेषण
इंटरफ़ेस मेटलर्जिकल बॉन्डिंग
SEM: क्लैडिंग लेयर और सब्सट्रेट के बीच इंटरफेस में कोई छिद्र या दरारें नहीं हैं, जो निरंतर संक्रमण दिखा रही हैं। सब्सट्रेट 40hm स्टील के रूप में तेजी से ठंडा होने के कारण प्लेट मार्टेंसाइट है, जबकि इंटरफ़ेस से दूर का क्षेत्र टेम्पर्ड मार्टेंसाइट है।
डिफ्यूजन मैकेनिज्म: पिघल पूल में नी और सीआर तत्व मैट्रिक्स में फैलते हैं, जो 5μm मोटी के बारे में एक पारस्परिक प्रसार क्षेत्र बनाते हैं, जो इंटरफेसियल बॉन्डिंग स्ट्रेंथ को बढ़ाता है।
* सब्सट्रेट और कोटिंग मेटालर्जेटिक रूप से बंधुआ हैं, और इंटरफ़ेस में कोई छिद्र या दरारें नहीं हैं
माइक्रोस्ट्रक्चर: ए) बेस मार्टेंसाइट, बी) संक्रमण क्षेत्र में डेंड्राइट वृद्धि, ग) कोटिंग डेंड्राइट्स और हार्ड चरण का वितरण
* कठोरता वितरण और मैट्रिक्स चरण परिवर्तन: क्लैडिंग ज़ोन की कठोरता 754-762HV1 है, इंटरफ़ेस के पास मैट्रिक्स की कठोरता 605hv1 (मार्टेंसाइट) है, और दूर के क्षेत्र की कठोरता 402hv1 (टेम्पर्ड स्ट्रक्चर) है
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इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों का सारांश
प्रक्रिया प्रतिस्थापन
नियमों या उच्च परिशुद्धता द्वारा सीमित उत्पादों के लिए, लेजर क्लैडिंग और क्रोमियम चढ़ाना प्रतिस्थापन को प्राथमिकता दी जाती है। उपयुक्त पाउडर को कठोरता और दरार प्रतिरोध को ध्यान में रखने के लिए चुना जाता है।
पैरामीटर अनुकूलन
① एकल-चैनल प्रयोगात्मक अंशांकन के माध्यम से, मैट्रिक्स नरम होने से बचने के लिए कमजोर पड़ने की दर को 10% से कम करने के लिए नियंत्रित किया जाता है।
② जब मल्टी-लेयर क्लैडिंग, 0.3-0.5 मिमी पीस भत्ता आरक्षित करें।
दोष रोकथाम और नियंत्रण
सब्सट्रेट को पीसना, अच्छी तरह से सतह के तेल के दागों को हटाना, छिद्रों को खत्म करना; आर्द्र वातावरण में पाउडर पूर्व-सुखाना।
यह केवल आपके संदर्भ के लिए है!
* नोट: लेजर क्लैडिंग और पारंपरिक क्रोमियम चढ़ाना के बीच तुलना
| लेजर क्लैडिंग बनाम क्रोम चढ़ाना: तुलनात्मक विश्लेषण | ||
| भाग 1: प्रक्रिया सिद्धांत और पर्यावरणीय प्रभाव | ||
| आयाम | पारंपरिक क्रोम चढ़ाना | लेजर क्लैडिंग (एलसी) |
| प्रक्रिया सिद्धांत | इलेक्ट्रोकेमिकल बयान: क्रोमिक एसिड समाधान (मोटाई <1 मिमी) में धातु क्रोमियम में CR ⁺ कम हो गया। | मेटालर्जिकल बॉन्डिंग: लेजर सब्सट्रेट और मेटल पाउडर (जैसे, NICRBSI) को एक डिफ्यूजन-बॉन्ड लेयर (मोटाई) 2 मिमी) बनाने के लिए पिघलाता है। |
| पर्यावरणीय प्रभाव | विषाक्तता: कार्सिनोजेनिक CR⁶⁺ समाधान का उपयोग करता है। अपशिष्ट: जटिल तटस्थता/निस्पंदन आवश्यक। |
ग
पब समय : 2025-03-31 17:39:02
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