盡管一些重大的事故通過(guò)媒體引起了廣泛的注意，但航空到目前為止仍然是最為安全的交通方式，這是根據(jù)其每公里的傷亡人數(shù)最低得出的結(jié)論。對(duì)航空器結(jié)構(gòu)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安全法規(guī)非常嚴(yán)格。要達(dá)到這些法規(guī)所需付出的努力對(duì)于航空公司的成本結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)有著巨大的影響。帶來(lái)的費(fèi)用很大，因此航空公司都在尋找既能降低成本，又可以保證安全的措施。

一項(xiàng)成本因素是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的翻修費(fèi)用。在維護(hù)過(guò)程中那些磨損的零件需要被更換。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的備件價(jià)格很高，因而在很多情況下維修零件是比較劃算的。但是修復(fù)后零件的質(zhì)量必須滿足安全要求。一項(xiàng)廣為接受的修理方法是dabber焊，這是一種用來(lái)修復(fù)磨損表面的TIG焊接工藝。填充材料可通過(guò)焊絲或粉末形式被加入。在許多情況下供能采取脈沖形式，使得這一過(guò)程的熱量輸入降低。

激光熔覆單元的手繪圖

翻新零件所需的成本不僅依賴于焊接過(guò)程本身，同時(shí)也和這一過(guò)程的前后步驟密切相關(guān)。預(yù)處理包括去除涂層，清潔以及加工去除損傷部分。后續(xù)處理包括加工到指定尺寸并涂層。是否需要對(duì)已焊接的表面進(jìn)行機(jī)加工很大程度上依賴于焊接過(guò)程的質(zhì)量好壞，修復(fù)的過(guò)程可能因?yàn)榱慵诤附又邪l(fā)生變形而變得更為復(fù)雜。

第一步是是展示能夠達(dá)到的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。具體的效果由位于德國(guó)Aachen的Fraunhofer Institute ILT研究所進(jìn)行測(cè)試獲得。

熔覆Inconel 718以及Ti6Al4V的過(guò)程在平板以及刀刃部件上被展示。金相評(píng)估顯示相對(duì)dabber焊接具有更少的孔，且不存在裂縫或熔化缺陷。這一評(píng)估過(guò)程的結(jié)論是：修復(fù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件時(shí)采用激光熔覆的質(zhì)量比使用dabber焊接得到的要好的多。ILT設(shè)計(jì)了一種特殊的軸向噴嘴來(lái)供應(yīng)粉末。這一軸向噴嘴相對(duì)傳統(tǒng)離軸噴嘴的優(yōu)勢(shì)是明顯的，因?yàn)閷⒈蝗鄹驳谋砻嬉话闶侨S的。ILT設(shè)計(jì)的噴嘴由一個(gè)環(huán)形開口，粉末從中噴出。粉末流方向相反，因而即使最小的點(diǎn)都能剛好通過(guò)激光束的焦點(diǎn)被定位。粉末利用率顯示大于95%。

帶粉末供給的噴嘴，用于激光熔覆航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件

這項(xiàng)工程的下一步任務(wù)來(lái)自一家專于自動(dòng)焊接過(guò)程的公司。最終的生產(chǎn)單元由Rolan 機(jī)器人公司設(shè)計(jì)及建造，包括以下這些組件：1kW TRUMPF CW Nd:YAG 激光器及0.6mm光纖用于光束傳遞，Stáubli RX 130L/C67b三軸機(jī)器人，特別設(shè)計(jì)的2軸旋轉(zhuǎn)/斜向操作臂，聚焦鏡片及同軸噴嘴，一臺(tái)Sulzer Metco粉末進(jìn)給單元，以及Renishaw探頭。這一單元裝備了兩個(gè)加工站，裝備了旋轉(zhuǎn)臺(tái)，可通過(guò)越頂?shù)踝ρb卸工件。機(jī)器人位于兩個(gè)工作站之間，帶廢氣過(guò)濾的遮光外殼能從一個(gè)加工站上的位置被移到另一個(gè)加工站的位置上。

Staubli RX 130L/CS7b 帶有外部3軸以及2軸旋轉(zhuǎn)控制手臂，
這些分別由Rolan, TRUMPF optics, and Fraunhofer nozzles公司提供

Rolan機(jī)器人評(píng)估了對(duì)該系統(tǒng)編程的不同方式。可選方式有R_Laser編程, 參量編程，以及宏觀編程。公司選擇了宏觀編程方式作為最佳的解決方案，因?yàn)樗峁┝艘粋€(gè)部分程序，帶有最少量的說(shuō)明且只需終端用戶進(jìn)行最少量的編程工作。

因?yàn)榱慵诜?wù)過(guò)程中可能發(fā)生變形，所以必須測(cè)量實(shí)際的外形。這是通過(guò)使用Renishaw探頭系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。由于熱量輸入較低，那些一般不能使用dabber焊接修復(fù)的零件能夠通過(guò)激光熔覆進(jìn)行修復(fù)。

該航空公司計(jì)算了一年內(nèi)的ROI（投資回報(bào)率）。

激光熔覆金屬 初始輪廓 基底材料 在刀刃上進(jìn)行激光熔覆#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

結(jié)論

該工程帶來(lái)了一項(xiàng)選擇，用來(lái)替代到目前為止在修復(fù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的dabber焊工藝。但是該系統(tǒng)同樣可以用來(lái)熔覆其他的產(chǎn)品如曲軸，閥門，密封圈，以及注塑模等等。

優(yōu)點(diǎn)概述

·高質(zhì)量的熔覆材料優(yōu)于或至少與基底材料相似
·是dabber焊接速度的2～10倍
·更低的熱量輸入帶來(lái)更小的變形
·后處理時(shí)間降為2～4分之一