鈦合金作為一種飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料，具有比強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕和與復(fù)合材料相容性好等特點(diǎn)，有利于減輕飛機(jī)重量、提高飛機(jī)安全性和降低綜合成本，以波音787和A380為代表的最新一代民用飛機(jī)，其鈦合金用量分別達(dá)到15% 和10%，充分體現(xiàn)了鈦合金及制造技術(shù)在國(guó)外飛機(jī)上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

　　激光成形及修復(fù)技術(shù)（LRF/LR）

　　激光成形技術(shù)是20世紀(jì)90年代中期發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)先進(jìn)實(shí)體成形技術(shù)，該技術(shù)以“離散+堆積”的成形思想為基礎(chǔ)，綜合利用激光、計(jì)算機(jī)、冶金和新材料等學(xué)科的高新技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)、致密金屬零件的無(wú)模、快速、直接近凈成形，在航空領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　基本原理是：構(gòu)建零件的三維模型，將模型按一定厚度進(jìn)行“切片”處理，即將零件的3D數(shù)據(jù)信息離散成一系列2D輪廓信息；再用激光熔覆的方法將粉材按照2D輪廓信息逐層堆積，獲得3D實(shí)體；最后進(jìn)行后續(xù)處理（少量機(jī)加、熱處理等）。

圖1 激光修復(fù)某飛機(jī)零件（修復(fù)前）

圖2 激光修復(fù)某飛機(jī)零件（修復(fù)后）

　　與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，該技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

　?。?）高柔性：無(wú)需專用工裝夾具，無(wú)需大規(guī)格原材料，通過(guò)軟件程序驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)柔性加工；

　?。?）精密性：產(chǎn)品復(fù)雜程度（形狀和尺寸）受限制小，適用于成形大型/空腔（心）/薄壁類結(jié)構(gòu)零件，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品近凈成形；

　?。?）高品質(zhì)：高能激光的快速熔化和凝固獲得致密組織，力學(xué)性能達(dá)到或超過(guò)鍛件水平；

　?。?）低成本：材料利用率高（遠(yuǎn)高于鍛件利用率），后續(xù)機(jī)加工量小，從原材料到零件的整個(gè)制造周期短（相對(duì)鍛造可縮短2/3以上），綜合成本低于傳統(tǒng)制造技術(shù)；

　　（5）匹配性：根據(jù)實(shí)際使用需要能夠?qū)崿F(xiàn)不同合金制造或“變成分”零件制造，滿足不同部位的服役條件與性能要求。

　　從以上特點(diǎn)分析，對(duì)于大型整體構(gòu)件，采用該技術(shù)可以避免傳統(tǒng)制造技術(shù)對(duì)設(shè)備及大規(guī)格原材料的苛刻要求，對(duì)于復(fù)雜腔體結(jié)構(gòu)，采用該技術(shù)解決了常規(guī)成形工藝很難或無(wú)法實(shí)現(xiàn)的加工困難。同時(shí)解決了傳統(tǒng)制造技術(shù)存在的材料利用率低、變形抗力大、加工周期長(zhǎng)、制造成本高等問(wèn)題。

　　國(guó)外有關(guān)激光成形技術(shù)研究以美國(guó)為主，包括美國(guó)Los Alamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、AeroMet公司和GE公司等。其中AeroMet公司主要致力于飛機(jī)鈦構(gòu)件激光成形技術(shù)開發(fā)及工程化應(yīng)用，該公司采用該技術(shù)生產(chǎn)了多個(gè)飛機(jī)的次承力鈦合金構(gòu)件，綜合性能與鍛件相當(dāng)，已在先進(jìn)的軍民用飛機(jī)上裝機(jī)應(yīng)用。國(guó)內(nèi)先后有西北工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、北京有色金屬研究總院等單位針對(duì)TC4、TA15等航空結(jié)構(gòu)鈦合金開展了該技術(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，部分單位的研究成果已實(shí)際裝機(jī)。

　　另外，目前，鈦合金鍛鑄件應(yīng)用廣泛，但受設(shè)備、工藝技術(shù)和刀具等限制，生產(chǎn)的鍛鑄件及零件經(jīng)常出現(xiàn)缺肉（鍛造、鑄造）、裂紋（鍛造、鑄造、熱處理）、尺寸超差（鍛造、鑄造、誤加工）等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了型號(hào)研制進(jìn)度?；诩す獬尚蔚男迯?fù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，相對(duì)常規(guī)的修復(fù)技術(shù)，具有修復(fù)體性能高，設(shè)備可達(dá)性好，受零件尺寸限制小、修復(fù)周期短、綜合成本低等特點(diǎn)，適用于鈦合金等昂貴零件的修復(fù)，可最大限度地挽救常規(guī)技術(shù)不可修復(fù)的零件（包括運(yùn)營(yíng)飛機(jī)的零件），為解決飛機(jī)研制和使用過(guò)程出現(xiàn)缺陷、損傷、腐蝕等提供了一種新的快捷的解決途徑，國(guó)內(nèi)西北工業(yè)大學(xué)最先開展激光修復(fù)技術(shù)研究，已為國(guó)內(nèi)多個(gè)型號(hào)飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)提供了激光修復(fù)技術(shù)服務(wù)。

　　激光成形及修復(fù)技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用還不十分成熟，要實(shí)現(xiàn)該技術(shù)在民機(jī)上的工程化應(yīng)用，需要針對(duì)民機(jī)使用要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等盡快開展以下研究工作，以確保民機(jī)安全可靠的應(yīng)用。

　　（1）激光成形及修復(fù)內(nèi)在機(jī)理深化研究，包括成形及熱處理工藝與組織、性能控制，內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律及消除，抑制變形開裂等基礎(chǔ)研究；

　?。?）激光成形及修復(fù)制造技術(shù)研究，開發(fā)工程化應(yīng)用成套設(shè)備，提高成形穩(wěn)定性，完善實(shí)時(shí)檢測(cè)手段，實(shí)現(xiàn)精度（尺寸與形狀）和速率的最佳匹配；

　?。?）激光成形及修復(fù)質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)研究，建立成套技術(shù)文件體系，包括制造標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等；

　?。?）激光成形及修復(fù)全尺寸結(jié)構(gòu)靜力與疲勞考核驗(yàn)證，以適航標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)進(jìn)行符合性驗(yàn)證，確保民用飛機(jī)安全可靠使用。