增材再制造技術在某型航空彈裝置修理中的應用

賈義政 卞超群

摘 要

航空彈射裝置是軍用戰斗機武器系統的重要部件，用于懸掛、運載和彈射空空導彈。鑒于某型航空彈射裝置已超出規定的日歷壽命，目前已發現該型產品金屬件鍍層及基體腐蝕、承力件裂紋及非金屬件破裂等缺陷。針對修理過程中發現的上述問題，本文將介紹熱噴涂、激光熔覆焊和3D打印增材再制造技術在該型航空彈射裝置修理中的應用，為航空類產品缺陷的修理提供思路和經驗。

關鍵詞

熱噴涂;激光熔覆焊;3D打印;航空修理

中圖分類號： TG665;TG662 ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 42

Abstract

Aero-Ejection Device is an important component of the military fighter weapon system， which is used to suspend 、carry and eject air-to-air missile. Since this type of aero-ejection device has exceeded the specified calendar life， defects such as metal coating and base corrosion， crack of bearing parts and non-metal parts have been found. Aiming at the above problems found in the repair process， this paper will introduce the application of hot spraying、laser fusion welding and 3D printing additive material remanufacturing technology in the repair of this type of aero-ejection device， and provide the idea and experience for the repair of the defects of aviation products.

Key words

Hot spraying; Laser fusion welding;3D printing; Aviation repair

0 序言

增材再制造技術是一種利用增加材料制造技術，相比傳統材料去除-切削加工技術，是一種“自下而上”的制造技術，可用于對產品零件損傷修復。目前，在裝備修理領域采用的增材再制造技術有熱噴涂、激光熔覆焊和3D打印等。

熱噴涂是一種對金屬零件表面處理和再次表面處理工藝，其優點為成本低、性能好，能延長零件壽命。除了在原設備制造中應用外，熱噴涂涂層還廣泛用于磨損及損傷零件。新的設備設計以及新材料的開發使這種工藝越來越多用于航空、燃氣渦輪、船舶等行業[4]。

對于由于磨損、裂紋等原因造成局部損傷的高附加值零部件，可以采用激光熔覆的方法進行再制造。由于激光熔覆具有熔覆層和基體為冶金結合、熔覆過程對基體的熱影響小、熔覆層稀釋率低的特點，在表面強化方面具有非常明顯的優勢[5]。激光熔覆再制造技術已廣泛應用于航空航天、礦山機械、石油冶金等行業。

與傳統制造方式相比，由于3D打印技術不受傳統工藝和制造資源的制約，其大大降低了研制成本，縮短了研發周期，還突破了傳統制造工藝對于復雜形狀的限制，它帶來的是生產加工觀念的革命性轉變，對推動全球航空領域的發展起到了重要作用。

1 增材再制造技術實際應用

1.1 熱噴涂

活塞桿為某型航空彈射裝置燃氣推進器重要組成部分。在實彈彈射時，燃爆彈產生的高溫高壓火藥氣體推動活塞桿運動，從而帶動航空彈射裝置內的機構運動，保證導彈能夠順利彈射離梁。若發射后，燃氣推進器內剩余的火藥殘渣未及時清除，便會腐蝕活塞桿的鍍鉻層，腐蝕嚴重時，會對鍍鉻層的基體產生進一步腐蝕，如圖1所示。

針對該問題，傳統的鍍鉻工藝使用的槽液不僅會污染環境，而且能夠電鍍的厚度有限，當僅鍍層部分腐蝕時，可以退鉻后重新表面處理鍍鉻，但當鍍鉻層腐蝕后進一步腐蝕基體，若使用傳統電鍍工藝，容易造成鍍層過厚而脫落。

采用熱噴涂前，首先將該零件表面的鉻層退去，再車削去除基體表面的腐蝕坑，然后進行熱噴涂，最后磨削至規定的尺寸和表面粗糙度，修理后的零件如2所示。

1.2 激光熔覆焊

導彈掛鉤為航空彈射裝置前、后作動部件中的重要承力件。航空彈射裝置掛彈飛行時，若掛鉤與底座的間隙距離過大，容易使導彈吊耳在中間振動，造成導彈掛鉤淺表性裂紋，若裂紋不及時處理，容易因反復振動而致使裂紋進行擴大的風險。導彈掛鉤在修理時磁粉探傷發現，部分掛鉤存在裂紋，具體見圖3。

導彈掛鉤結構復雜，由于為模壓件，開模成本高，且修理過程中無需批量生產。由于為俄制裝備，對外采購器材困難，且外購成本高。首先采用打磨方式將零件表面裂紋去處，然后進行激光熔覆焊，最后修整焊后零件表面，修理后的零件如4所示。

1.3 3D打印

當航空彈射裝置不掛彈掛飛時，其上的堵蓋用防脫螺釘通過兩孔固定在與導彈對接機構的矩形電連接器上，對與導彈對接的電連接器起防護作用，原堵蓋如圖5所示。修理過程中，發現部分產品堵蓋缺失，也存在部分堵蓋破裂，無法繼續使用。

目前該堵蓋無對應的采購渠道，只能形成自主生產制造能力。堵蓋為模壓件，修理過程中重新開模制造成本較高，且不需要批量生產。

3D打印為產品修理提供了新的思路。首先通過測繪，建立該零件的3維模型圖，然后通過切片處理，設計好打印路徑，并存儲為3D打印機能夠直接讀取并使用的文件，將該文件裝入至打印機，同時裝入3D打印材料，調試打印平臺，設定打印參數，最后完成3D打印堵蓋的增材加工過程。打印后的堵蓋使用對應規格的絲錐進行攻螺紋，加工后的堵蓋如圖6所示。

2 結論與展望

實踐證明，如熱噴涂、激光熔覆焊、3D打印等增材再制造技術相比傳統制造技術具有高可靠性及低成本特性，能夠有效解決航空產品修理過程中的難題。隨著增材再制造工藝方法不斷完善和技術逐漸提高，增材再制造技術必將在航空修理領域具有更加廣泛的應用前景。

參考文獻

[1]沈頌華.航空航天器供電系統[M].北京航天航空大學出版社.2005.

[2]沈興全，吳秀玲.液壓傳動與控制.第一版.國防工業出版社.2005.

[3]稱山.熱噴涂[J].礦業工程[J]，2008-8，3（4）：46.

[4]陳山.熱噴涂涂層在航空修理上的引用[J].航空維修與工程，2003（6）：32-33.

[5]勵達，劉愛國.激光熔覆技術研究進展分析[J].焊接，2014（9）：11-14.