티타늄 합금 레이저 수리 용접: 기술 및 응용

소개

티타늄 합금은 높은 비강도와 내식성을 결합하여 제조 비용이 많이 들고 손상된 경우 수리할 가치가 있습니다. 항공기-엔진 블레이드, 케이싱, 금형 및 샤프트와 같은 구성요소는 사용 중에 균열, 마모 또는 치수 손실이 발생할 수 있습니다. 레이저 수리 용접은 집중된 열, 작은 열 영향 영역-을 전달하고 용착된 재료를 정밀하게 제어하여 기존 용접보다 훨씬 적은 왜곡으로 부품을 복원하기 때문에 이러한 부품에 선호되는 기술이 되었습니다.

레이저 수리 용접 작동 방식

레이저 수리 용접은 일반적으로 파이버 또는 다이오드 레이저와 같은 집속된 레이저 빔을 사용하여 손상된 영역의 표면을 녹이는 동시에 충전 금속 또는 합금 분말을 용융 풀에 공급합니다. 열쇠 구멍 방식에서 빔은 재료의 채널을 기화시켜 깊고 좁은 침투를 생성합니다. 전도 모드에서는 수영장이 얕고 넓습니다. 수리 작업의 경우 필요한 깊이와 결함의 형상과 일치하도록 매개변수가 선택됩니다. 빔이 정확하게 배치되고 에너지가 1초도 안 되는 순간에 전달되기 때문에 단위 길이당 열 입력은 아크 공정보다 훨씬 낮고 주변 재료는 주변 온도에 가깝게 유지됩니다.

티타늄에 차폐가 중요한 이유

티타늄은 약 250도 이상에서 화학적으로 공격적입니다. 티타늄은 산소, 질소 및 수소를 흡수하여 용접 영역을 경화시키고 부서지게 만듭니다. 오염은 은색에서 밀짚색, 파란색, 회색, 마지막으로 흰색 분말로 색상 변화로 나타납니다. 따라서 레이저 수리 용접은 일반적으로 아르곤 또는 헬륨과 같은 불활성 가스 차폐 하에서 수행되어야 하며 금속이 250도 이하로 냉각될 때까지 용융 풀뿐만 아니라 전체 가열 구역을 덮어야 합니다. 트레일링 실드와 퍼지 챔버는 표준 관행이며 냉각 후 용접 표면 색상은 주요 품질 지표입니다.

레이저 클래딩: 마모된 표면 구축

마모 및 부식 손상의 경우 레이저 클래딩은 합금 분말을 층별로 증착하여 원래 치수를 재구성합니다. 동축 노즐을 통해 분말이 용융 풀에 주입되고 토치가 표면을 따라 이동하여 조밀하고 야금학적으로 결합된 침전물을 형성합니다. 기질과의 희석은 몇 퍼센트로 제어되어 침전물의 특성을 보존합니다. 레이저 클래딩은 티타늄 부품의 베어링 표면, 블레이드 팁 및 밀봉 랜드를 재구성할 수 있으며 동일한 장비로 새 부품에 내마모성 클래딩을 추가하여 서비스 수명을 연장할 수 있습니다.

기존 수리용접에 비해 장점

낮은 열 입력 및 왜곡:얇은-벽과 복잡한 형상은 수리 후에도 허용 오차 범위 내에서 유지됩니다.

작은 열-영향을 받는 부분:모-금속 특성은 용접부 근처에서 유지됩니다.

정도:집중된 빔과 광섬유 전달을 통해 작은 기능과 내부 구멍에 접근할 수 있습니다.

더 짧은 주기:자동화된 매개변수 제어는 수동 TIG 수리에 비해 설정 및 재작업을 줄여줍니다.-

물질 경제:손상된 부분만 보강하여 필러 소비 및 후가공을 최소화합니다.-

이러한 장점은 교체 비용이 높고 리드 타임이 긴 압축기 블레이드, 터빈 디스크, 구조용 부속품과 같은{0}}고가치 부품의 레이저 수리를 경제적으로 만듭니다.

응용

항공우주 분야가 선두를 달리고 있습니다. 팁 마모나 이물질 손상이 있는 블레이드와 블리스크,{0}}균열이 있는 케이싱, 기계 결함이 있는 구조 부품을 수리하고 검증 후 서비스를 재개합니다. 항공우주 외부에서 이 기술은 금형 및 다이, 펌프 및 밸브 부품, 해양 하드웨어, 화학 장비에 사용되며, 티타늄 합금은 부식 방지용으로 지정되어 있고 부품 가격이 너무 비싸서 폐기할 수 없습니다. 복잡한 공동 및 얇은 부분을 포함하여 기존 방법으로 용접할 수 없는 부품을 수리하는 것이 틈새 시장으로 성장하고 있습니다.

품질 관리 및 표준

티타늄의 수리 용접은 생산 용접과 마찬가지로 자격이 부여됩니다. 절차 및 용접사 자격은 융합 용접에 대한 AWS D17.1과 같은 항공우주 표준을 따르며, 수리된 각 부품은 결함 등급에 따라 염료 침투 테스트, 초음파 테스트 또는 방사선 촬영을 통해 검사됩니다. 야금학적 검사에는 용접-영역 경도, 미세 구조 및 다공성 평가가 포함되며, 열처리 가능한 합금의 특성을 복원하려면 수리 후 열처리가 필요할 수 있습니다.- 치수 검사를 통해 최종 가공 후 부품이 도면 한계를 충족하는지 확인합니다. 용접 색상 테스트는 차폐 적합성의 첫 번째-지표입니다.

제한 사항 및 고려 사항

레이저 수리에는 자본 장비, 정밀한 표면 준비 및 숙련된 공정 엔지니어링이 필요합니다. 증착 전에 결함을 완전히 제거해야 하고, 모든 단계에서 오염을 배제해야 하며, 손상된 영역에 대한 접근이 빔 전달 및 차폐를 허용해야 합니다. 매우 크거나 다루기 힘든 부품의 경우 처리 비용이 이점을 초과할 수 있습니다. 각 수리 작업은 교체 비용, 자격 요구 사항 및 승인된 절차의 가용성을 기준으로 평가되어야 합니다.

자주 묻는 질문

레이저 용접으로 티타늄을 수리할 수 있나요?

예. 레이저 수리 용접은 특히 항공우주 분야에서 티타늄 부품에 대한 관행으로 확립되었으며 낮은 열 입력과 정밀도가 요구되는 곳에서 선호됩니다.

티타늄 용접 시 차폐가 중요한 이유는 무엇입니까?

대략 250도 이상에서는 티타늄이 산소, 질소, 수소를 흡수하여 용접부를 취약하게 만듭니다. 수영장과 냉각 구역의 불활성 가스 차폐는 필수입니다.

레이저 용접과 레이저 클래딩의 차이점은 무엇입니까?

레이저 용접은 용융 풀과 충전재로 결함을 결합하거나 채웁니다. 레이저 클래딩은 표면층을 증착하거나 합금 분말로 치수를 재구성합니다. 둘 다 동일한 등급의 장비와 유사한 차폐 방식을 사용합니다.

티타늄의 경우 레이저 수리가 TIG 수리보다 더 강력합니까?

자동으로 그런 것은 아니지만 레이저 수리는 왜곡이 적고 열에 영향을 받는 부분이 더 작아-얇고 정밀한 부품의 기본 금속 특성이 더 잘 보존됩니다.- 자격을 갖춘 절차와 검사를 통해 최종 품질이 결정됩니다.

일반적으로 어떤 부품을 레이저로-수리하나요?

항공{0}}엔진 블레이드 및 블리스크, 케이싱, 몰드, 샤프트, 펌프 부품 및 국부적 마모, 균열 또는 치수 손실이 있는{1}}고가치 티타늄 부품.

티타늄 수리 용접에 적용되는 표준은 무엇입니까?

AWS D17.1은 항공우주 하드웨어의 융합 용접을 다룹니다. 부품-별 수리 사양 및 NDT 요구사항은 고객 및 부품 등급에 따라 적용됩니다.