增材再制造技术在某型航空弹装置修理中的应用

贾义政 卞超群

摘 要

航空弹射装置是军用战斗机武器系统的重要部件，用于悬挂、运载和弹射空空导弹。鉴于某型航空弹射装置已超出规定的日历寿命，目前已发现该型产品金属件镀层及基体腐蚀、承力件裂纹及非金属件破裂等缺陷。针对修理过程中发现的上述问题，本文将介绍热喷涂、激光熔覆焊和3D打印增材再制造技术在该型航空弹射装置修理中的应用，为航空类产品缺陷的修理提供思路和经验。

关键词

热喷涂;激光熔覆焊;3D打印;航空修理

中图分类号： TG665;TG662           文献标识码： 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种利用增加材料制造技术，相比传统材料去除-切削加工技术，是一种“自下而上”的制造技术，可用于对产品零件损伤修复。目前，在装备修理领域采用的增材再制造技术有热喷涂、激光熔覆焊和3D打印等。

热喷涂是一种对金属零件表面处理和再次表面处理工艺，其优点为成本低、性能好，能延长零件寿命。除了在原设备制造中应用外，热喷涂涂层还广泛用于磨损及损伤零件。新的设备设计以及新材料的开发使这种工艺越来越多用于航空、燃气涡轮、船舶等行业[4]。

对于由于磨损、裂纹等原因造成局部损伤的高附加值零部件，可以采用激光熔覆的方法进行再制造。由于激光熔覆具有熔覆层和基体为冶金结合、熔覆过程对基体的热影响小、熔覆层稀释率低的特点，在表面强化方面具有非常明显的优势[5]。激光熔覆再制造技术已广泛应用于航空航天、矿山机械、石油冶金等行业。

与传统制造方式相比，由于3D打印技术不受传统工艺和制造资源的制约，其大大降低了研制成本，缩短了研发周期，还突破了传统制造工艺对于复杂形状的限制，它带来的是生产加工观念的革命性转变，对推动全球航空领域的发展起到了重要作用。

1 增材再制造技术实际应用

1.1 热喷涂

活塞杆为某型航空弹射装置燃气推进器重要组成部分。在实弹弹射时，燃爆弹产生的高温高压火药气体推动活塞杆运动，从而带动航空弹射装置内的机构运动，保证导弹能够顺利弹射离梁。若发射后，燃气推进器内剩余的火药残渣未及时清除，便会腐蚀活塞杆的镀铬层，腐蚀严重时，会对镀铬层的基体产生进一步腐蚀，如图1所示。

针对该问题，传统的镀铬工艺使用的槽液不仅会污染环境，而且能够电镀的厚度有限，当仅镀层部分腐蚀时，可以退铬后重新表面处理镀铬，但当镀铬层腐蚀后进一步腐蚀基体，若使用传统电镀工艺，容易造成镀层过厚而脱落。

采用热喷涂前，首先将该零件表面的铬层退去，再车削去除基体表面的腐蚀坑，然后进行热喷涂，最后磨削至规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

导弹挂钩为航空弹射装置前、后作动部件中的重要承力件。航空弹射装置挂弹飞行时，若挂钩与底座的间隙距离过大，容易使导弹吊耳在中间振动，造成导弹挂钩浅表性裂纹，若裂纹不及时处理，容易因反复振动而致使裂纹进行扩大的风险。导弹挂钩在修理时磁粉探伤发现，部分挂钩存在裂纹，具体见图3。

导弹挂钩结构复杂，由于为模压件，开模成本高，且修理过程中无需批量生产。由于为俄制装备，对外采购器材困难，且外购成本高。首先采用打磨方式将零件表面裂纹去处，然后进行激光熔覆焊，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

当航空弹射装置不挂弹挂飞时，其上的堵盖用防脱螺钉通过两孔固定在与导弹对接机构的矩形电连接器上，对与导弹对接的电连接器起防护作用，原堵盖如图5所示。修理过程中，发现部分产品堵盖缺失，也存在部分堵盖破裂，无法继续使用。

目前该堵盖无对应的采购渠道，只能形成自主生产制造能力。堵盖为模压件，修理过程中重新开模制造成本较高，且不需要批量生产。

3D打印为产品修理提供了新的思路。首先通过测绘，建立该零件的3维模型图，然后通过切片处理，设计好打印路径，并存储为3D打印机能够直接读取并使用的文件，将该文件装入至打印机，同时装入3D打印材料，调试打印平台，设定打印参数，最后完成3D打印堵盖的增材加工过程。打印后的堵盖使用对应规格的丝锥进行攻螺纹，加工后的堵盖如图6所示。

2 结论与展望

实践证明，如热喷涂、激光熔覆焊、3D打印等增材再制造技术相比传统制造技术具有高可靠性及低成本特性，能够有效解决航空产品修理过程中的难题。随着增材再制造工艺方法不断完善和技术逐渐提高，增材再制造技术必将在航空修理领域具有更加广泛的应用前景。

参考文献

[1]沈颂华.航空航天器供电系统[M].北京航天航空大学出版社.2005.

[2]沈兴全，吴秀玲.液压传动与控制.第一版.国防工业出版社.2005.

[3]称山.热喷涂[J].矿业工程[J]，2008-8，3（4）：46.

[4]陈山.热喷涂涂层在航空修理上的引用[J].航空维修与工程，2003（6）：32-33.

[5]励达，刘爱国.激光熔覆技术研究进展分析[J].焊接，2014（9）：11-14.