Новые предложения на продажу оборудования!
 
 
 
 



+7 (812) 242 86 67
Единый телефон


info@laser.com.ru
Единая почта

 

199034, Россия,
Санкт-Петербург,
Биржевая линия, 16,
лит "А", офис 203




 
 
 
Доступные технологии лазерной обработки для предприятий России
 

Разработка технологии обработки деталей авиационных двигателей

Лазерные Технологии > Статьи и аннотации > «Разработка технологии обработки деталей авиационных двигателей комбинированным излучением мощных волоконных лазеров»

 
 
«Разработка технологии обработки деталей авиационных двигателей комбинированным излучением мощных волоконных лазеров»

С появлением на рынке мощных волоконных лазеров, имеющих высокий электрооптический КПД, существенно меньшие габариты, возможность подачи излучения по оптоволокну без потери мощности на десятки метров ,повышенный ресурс работы и пр. открылись новые возможности их применения в различных областях термической обработки материалов, в том числе и в авиамоторостроении.

В предварительных исследованиях обработка производилась на имеющемся в распоряжении оборудовании ООО НТЦ «Электроресурс» (волоконный лазер мощностью 700Вт) и ООО «НПП «Лазерные Технологии» (на волоконном импульсном лазере со средней мощностью 10Вт, на импульсном АИГ- лазере средней мощностью 50Вт) в рамках «Комплексной программы исследовательских работ по технологии обработки волоконными лазерами».

В соответствии  с протоколом № 2007-436 по сотрудничеству в области внедрения технологий лазерной обработки деталей авиационных двигателей от 09.07.2007г. между ОАО Авиадвигатель», ОАО»ПМЗ», ООО «НПП «Лазерные Технологии» нами были проведены предварительные эксперименты:

  • Очистка деталей ГТД при ремонте от эксплуатационных загрязнений Фото 1;

  • Наплавка металла на торцы лопаток компрессора и турбины, на гребешки лабиринтов  для восстановления размеров Фото 3,4;

  • Лазерная сварка деталей сложной формы в среде аргона с минимальным  температурным воздействием на деталь Фото 5,6 импулсьным АИГ-лазером,Фото7,8 волоконным лазером.


Фото 1
Поверхность лопатки до и после очистки



Фото 2
Удаление с лопатки покрытия нитрида титана



 

Окисный слой на лопатке Фото1 образовался при контакте с морской водой. Очистка  проводилась с применением импульсного волоконного лазера. Полное удаления окислов было достигнуто за 5 проходов.

При эксплуатации вертолетных двигателей в местах пожаров и металлургических производств на поверхности лопаток образуются загрязняющие слои в состав которых входят металлы и их окислы, образующие химические соединения с материалом лопатки. Удалить такие загрязнения с помощью импульсного волоконного лазера  полностью не удается. По-видимому, требуется применение комбинированных режимов обработки с применением  непрерывных волоконных лазеров для предварительного «обжига» поверхности лопатки на воздухе и последующей «чистовой» обработки импульсным лазером.

При ремонте двигателей возникает проблема восстановления геометрических размеров лопаток. Из-за абразивного износа кромок лопаток более чем на 0,2 мм  лопатки отбраковываются. Традиционно применяемая технология восстановления размеров лопаток методом аргонно-дуговой сварки не всегда применима из-за сильного перегрева материала лопатки. Лазерная наплавка производится с минимальным нагревом изделия. На Фото3 приведен пример наплавки кромки лопатки из титана. Наплавлялся материал из титановой фольги. Наплавка проводилась за несколько проходов, применялся импульсный АИГ-лазер с ламповой накачкой. Формирование наплавленного валика хорошее, зона термического влияние – минимальна.


Фото3 
Кромка лопатки после наплавки, материал: титан


Фото4
Основной (1) и наплавленный (2) металл,
структура поперечное сечение лопатки

Как правило, при наплавке толстых слоев материала для предотвращения трещинообразования деталь предварительно нагревают до температур 200 0С  и выше. На наш взгляд для улучшения качества наплавки, повышения скорости процесса и отказа от предварительного нагрева можно применить дополнительный тепловой источник ,например, волоконный лазер мощностью 1-2 кВт.

Накопленный опыт по применению лазерной наплавки для восстановления литьевых форм для пластмассы показывает, что ресурс восстановленных узлов продлевается минимум на 1 год, наплавленный металл пластичен, имеет хорошие прочностные свойства. Положительный результат достигается как при наплавке на нормализованный, так и на термически обработанную металл , Табл1.

 

 

Таблица 1
Твердость основного и наплавленного металла, импульсный  АИГ-лазер, наплавка из проволоки.


Примеры сварки изделий из тонколистовых металлов приведены на Фото5,6.


Фото5 
Сварка сильфона в среде аргона,
материал нерж. сталь, толщ.0,2мм,
Рср= 25Вт, F= 10Гц, Vсв= 2 мм/с


Фото6
Сварка сотовых конструкций,
материал нерж. сталь, толщ. 0,2мм,
Рср= 25Вт, F= 10Гц, Vсв= 2 мм/с


Фото7 
Сварка обечаек в среде аргона излучением волоконного лазера, Р = 350Вт, Vсв =30мм/с материал - сталь 08КП, толщ. 0,4 мм
 

Изделия сваривались АИГ-лазером в среде аргона. Основным преимуществом импульсных режимов сварки является  минимальный нагрев изделия . что принципиально важно для получения качественных вакуумноплотных швов на тонколистовых конструкциях. Твердотельные импульсные лазеры имеют КПД менее 1%, что при сравнительно малой скорости сварки приводит к высокой себестоимости работ. По нашему мнению применение для такого рода работ волоконных лазеров, имеющих КПД около 25% позволит существенно увеличить скорость процесса сварки и тем самым уменьшить стоимость работ. Для внедрения необходимо провести комплекс работ по отработке технологии сварки.

На Фото7,8 представлены швы полученные при сварке объчаек излучением волоконного лазера мощностью излучения 350 Вт. Сварка производилась в стык со сквозным проплавлением.

Швы плотные без подрезов и провисания. Расчетный диаметр пятна в фокусе составлял порядка 0,12 мм. Фокус заглублялся под поверхность детали на 2 мм. Кромки под сварку шлифовались. Ширина швов составляла 0,7- 0,8 мм. Скорость сварки устанавливалась 30-35 мм/с.

Если оценивать удельные энергозатраты на площадь поверхности свариваемых кромок то для импульсного АИГ - лазера при сварке сильфонов и сотовых конструкций с толщиной кромок 0,2 мм ,на скорости сварки 3 мм/с, средней мощности излучения 30 Вт, она составляет порядка 50 Дж/мм2, а для волоконного лазера около 3 Дж/мм2. Для сравнения, при сварке сталей толщиной 1 мм излучением непрерывного СО2-лазера мощностью 1 кВт , скорость сварки достигает 60-70 мм/с, а удельные энергозатраты составляют порядка 15 Дж/мм2.

Если в оценках энергозатрат учесть электрооптический КПД применяемых для сварки лазеров , то получится, что общие удельные энергозатраты только для лазера от розетки на еденицу площади свариваемых кромок составят : волоконный лазер – 12 Дж/мм2, СО2- лазер – 150 Дж/мм2, импульсный АИГ-лазер 5000 Дж/мм2.


Фото8
Внешний вид сварного валика,
ширина шва 0,7 мм, усиление шва 0,01 мм, ув. 100х

   
Автор:
Смирнов Валентин
Николаевич, к.т.н.,
генеральный директор


Задать вопрос Вы также можете,
заполнив эту форму:
Не забывайте указывать свое имя, название организации и способы связи.

отправить
Сертификаты и патенты
 
 На главную


199034, Россия,
Санкт-Петербург,
Биржевая линия, 16, 203
+7 (812) 242 86 67

© Все права защищены.
ООО "НПП "Лазерные
Технологии", 2016 г.



 
 
Закажите звонок специалиста