崔岩峰 吕俊杰 王德峰
中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 黑龙江省 哈尔滨市 150066
摘要：激光沉积修复技术是以激光熔覆和快速成形技术为基础，利用激光热使熔覆材料与待修复的基体形成冶金结合，修复零件几何尺寸以及优化组织性能。因热输入量小等原因，近年来被广泛用于修复各类金属，如钛合金、镍基高温合金、铁基合金、难熔合金、非晶合金等材料，但在铝合金铸件铸造缺陷修复上尚属首次探索。本文以修复ZL114A铝合金铸件为例，探索航空铝合金铸件铸造缺陷激光沉积修复的可行性，评价激光沉积修复技术在铝合金铸件上的适用性，以期达到高质高效修复的目的，并进行工程化推广应用。
关键词：ZL114A合金 尺寸控制 性能要求 冶金 激光沉积修复
1.绪论
1.1研究背景及意义
激光沉积修复技术（Laser Deposition Repair，LDR）是以激光熔覆和快速成形技术为基础，利用激光热使熔覆材料与待修复的基体形成冶金结合，修复零件几何尺寸以及优化组织性能。因热输入量小等原因，近年来被广泛用于修复各类金属，可满足加工后铸件的修复， 本文以修复ZL114A铝合金铸件为例，探索航空铝合金铸件加工过程中出现的缺陷激光沉积修复的可行性，评价激光沉积修复技术在铝合金铸件上的适用性，以期达到高质高效修复的目的，并进行工程化推广应用。
2. 基础工艺研究
2.1 激光沉积修复微观组织及能谱分析
2.1.2 激光沉积修复ZL114A微观组织
对激光沉积修复ZL114A试样焊后机体进行金相分析，分析结果如下。
焊区与非焊区会有明显的组织变化的现象，在熔池底部α-Al枝晶会有柱状晶，呈外延生长的趋势，往上会转变成等轴晶。这是因为当激光沉积熔化粉末时，由于激光的熔化效率高，粉末呈液态，而基体是固态，它们的温度不同，会产生强烈的温度差，所以会形成柱状晶呈外延生长，沿温度梯度生长向上，这时温度梯度方向垂直于扫描方向，当向上时，温度差不明显，这时温度梯度方向接近甚至是平行于扫描方向，所以转变成等轴晶。
2.2 性能试验与结果分析
2.2.1 激光沉积修复硬度测试分析
激光沉积修复占比为100%，对其进行硬度测试。推断激光沉积过后，基体受到热影响，产生软化现象，硬度降低，强度降低，塑性提高。
2.2.2 激光沉积修复拉伸性能测试分析
材料的拉伸性能是材料力学性能的重要指标之一，是工程设计、选材、方案选取的主要依据。采用激光沉积修复代替手工氩弧焊对铸件进行补焊，试样的沉积区和基材是作为零件的一部分，因此研究沉积修复区和基材的结合强度以及激光沉积修复与手工氩弧焊的性能差距是主要关心的问题之一。
激光沉积修复后不进行热处理对试样进行拉伸试验。拉伸试验结果见表2-2。
表2-2 ZL114A拉伸试验结果
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经过变形测试试验后发现，激光沉积修复铝合金后对修复平面度及相关圆直径的尺寸变化均小于0.05mm，修复前后尺寸基本未发生改变。
3 ZL114A铝合金零件工程化修复研究
3.2 ZL114A铝合金壳体激光沉积修复
3.2.1 修复方案制定
1.铸件缺陷情况
零件缺陷位于法兰安装边，厚度为4.5mm，薄壁位置，两个修复方向的基底均过小，设计修复方案拟采用添加垫块方式，增加修复基底面积，便于激光沉积修复以及变形量控制。
2.修复前准备工作
首先将未处理的零件进行修复前的三坐标测量，如图3-2所示。重点测试图中左侧损坏位置区域，在零件右侧部分测试10个数据，用于数据对比。
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图3-6 修复后加工
经过加工后，进行X-射线无损检测，未发现任何缺陷。
4.零件修复后变形测试
在焊区附近区域选择38各点，修复前后测试点一一对应，测试各点的平面度，测试结果平面度变化范围-0.03+0.05范围内波动，从测试结果来看，修复前后基本没有发生变形。
4 结论
上述章节和内容，对激光沉积修复技术基础工艺、工程化修复工艺、ZL114A铝合金零件工程化修复和工程化推广应用等方面进行了详细的试验、分析、研究和总结，得出以下结论：
1. 经激光沉积修复技术修复的焊区，化学成分与基材基本一致，满足技术条件要求；焊区金相组织与基材相比明显细化；焊区的硬度、拉伸强度、疲劳性能等性能指标，与基材基本相当；焊结热输入量小，焊接热影响区小，焊后零件变形量能控制在±0.05mm以内。