雷射多層熔覆自動化修復單晶渦輪葉片的關鍵技術研究

《雷射多層熔覆自動化修復單晶渦輪葉片的關鍵技術研究》是依託上海交通大學，由齊歡擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：雷射多層熔覆自動化修復單晶渦輪葉片的關鍵技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：齊歡
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

單晶渦輪葉片是現代渦輪發動機的關鍵部件，其修復技術具有巨大的技術經濟價值。相比於傳統的手工電弧焊的修復技術，雷射熔覆修復技術，由於其更精確的能量輸入和更好的可控性，因此更加適合於高性能材料、複雜形狀零件的自動化修復。本研究以單晶葉片雷射多層熔覆修復技術為核心，同時探索與其密切相關的三維測量與數位化修復技術。通過構建物理模型和數值計算的方法，揭示雷射多層熔覆連續生長單晶超合金材料的物理規律；與實驗相結合，建立最優熔覆工藝參數的匹配原則，為單晶葉片的修復工藝與實時反饋控制提供理論依據；利用條紋投影和相移法的高精度快速測量方法，為葉片的自動化修復提供可靠的三維形狀測量數據與路徑規劃。通過本研究，將進一步確立和完善單晶超合金雷射多層熔覆修復技術的基本理論和基本方法,為數位化、自動化、智慧型化修復技術的工業套用提供有效的科學依據與技術支持。

結題摘要

本研究採用數值模擬和試驗相結合的方法，系統地研究了雷射送粉熔覆鎳基單晶合金過程中的物理傳輸現象以及熔池內晶體生長的機理和微觀組織的分布，並分析工藝參數對柱狀枝晶-等軸晶轉變（CET）的影響。採用Fortran語言編寫了三維瞬態數值模型運算程式，動態地模擬雷射單道和多層同軸送粉熔覆鎳基單晶合金過程中傳輸現象，例如雷射粉流相互作用、溫度場、熔池大小、液態金屬流動、熔覆層與層之間的重熔等物流現象。與鎳基合金晶體生長模擬進一步耦合，計算分析了雷射熔池內從柱狀晶到等軸晶轉變以及微觀組織分布的規律。通過模型的數值計算結果和試驗結果對比，研究了雷射單晶熔覆過程中的主要參數，如雷射功率、掃描速度、送粉量、基材單晶方向、噴嘴傾角以及預冷卻等，對熔覆層單晶結晶生長方向和微觀組織形成的影響規律。通過最佳化工藝參數和設計工藝輔助手段，實現了雷射多層熔覆過程中單晶組織連續生長，為雷射修復單晶渦輪葉片受損葉尖提供了理論和技術支撐。