一种厚板钛合金双侧激光沉积连接工艺制造技术

本发明专利技术属于材料连接技术领域，具体提供了一种厚板钛合金双侧激光沉积连接工艺。采用高能激光束作为热源熔化粉末进行厚板钛合金的连接，该系统包括计算机，保护气瓶，激光器，激光头，喷粉头，送粉控制器，送粉机，变位器，保护气罩，水冷管，红外温度监测器等装置。通过调节沉积参数，实现厚板钛合金的连接，与传统单侧激光沉积连接工艺相比，采用双侧激光沉积连接工艺可以明显减小变形，提高效率。与送丝相比，采用送粉的工艺方法便于对接头组织进行调控。采用送粉的工艺方法便于对接头组织进行调控。采用送粉的工艺方法便于对接头组织进行调控。

【技术实现步骤摘要】
一种厚板钛合金双侧激光沉积连接工艺


[0001]本专利技术涉及材料连接
，尤其是一种厚板钛合金双侧激光沉积连接工艺。

技术介绍

[0002]激光沉积是一种快速增材制造技术，主要应用于直接成形，表面涂覆以及再制造修复等领域，具有稳定性高，无需真空环境，成本适中，便于同轴在线检测，该技术热源集中，熔覆质量可靠，且热输入小，成形过程对基体母材影响较小，其材料利用率高，加工零件形状和尺寸不受限制，材料适应性高。它主要是按照预先设定的的路径通过激光热源同步送入金属粉形成熔池并逐层沉积，实现金属零件的直接制造。广泛地应用在航空航天，医疗，机械制造等多个领域里。
[0003]钛合金指的是多种用钛与其他金属制成的合金金属。钛合金密度低，比强度和比刚度高、耐热、耐腐蚀等优异性能，在航空航天、汽车、船舶、生物医学等许多领域中得到广泛应用。钛合金存在着摩擦系数高，耐磨性低，易粘着，高温高速摩擦易燃等缺点。钛合金活泼性较强，在焊接过程中对温度，保护气体施焊环境等方面要求比较严格。
[0004]由于钛合金在高温下对氢(200度)，氧(400度)，氮(600度)等气体有极大的亲和力，吸收溶解气体的能力较强，如果这些气体被吸收，会发生脆化，使冲击性能降低，严重时产生气孔，裂纹。采用TIG、MIG、PAW等传统方法焊接此种材料时，由于保护不当，容易造成接头中氧、氮、氢等元素含量的增加，易在焊缝区形成脆性相或微气孔，使焊接接头塑性、韧性大大下降。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：为了减少钛合金连接过程中对氢、氧、氮等元素的吸收，提高效率，减少连接过程中的变形，本专利技术提供了一种厚板钛合金双侧激光沉积连接工艺方法。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种厚板钛合金双侧激光沉积连接工艺，包括以下步骤：
[0007]步骤一、在清洁、干燥的环境下对板材进行脱脂，并对其进行清洗，晒干，亮出金属光泽；
[0008]步骤二、在待连接部位设置双V坡口，设置坡口角度，设置钝边，重复步骤一；
[0009]步骤三、使用装夹装置将板材固定在工作台上；
[0010]步骤四、采用同轴送粉的激光沉积连接工艺方法，调节激光头和喷粉头之间的距离，并固定在待连接区域上，送粉机1、送粉机2在送粉控制器的作用下同时开始喷粉；
[0011]步骤五、调节沉积工艺参数，设置激光功率，离焦量，激光光斑直径，送粉速率，保护气体气流量，设置路径；
[0012]步骤六、通过计算机系统运行步骤四，预送气，由计算机系统控制两侧喷粉头，激光头，保护气罩按照设置好的路径移动；
[0013]步骤七、在板材待连接区域旁的水冷管中通入冷水，进行冷却，监测其温度，直到其冷却到200℃以下；
[0014]步骤八、利用变位器使两侧的激光头，喷粉头分别在高度方向上提高一个层高，重复步骤六、七，逐层沉积；
[0015]步骤九、重复步骤八直至完成连接过程，激光头停止出光，保护气停止送气，关闭激光器，即完成所述的厚板钛合金激光沉积连接。
[0016]本专利技术一较佳实施方式中，步骤一在清洁、干燥的环境下利用丙酮对板材进行脱脂，利用工业酒精对其进行清洗，晒干，亮出金属光泽。
[0017]本专利技术一较佳实施方式中，步骤二所述的双V坡口，坡口角度为40
°
，钝边厚度为1mm。
[0018]本专利技术一较佳实施方式中，步骤三采用同轴送粉，采用三通管，一为激光头，一为喷粉头，一为保护气喷嘴，气体更加均匀，激光头和喷粉头之间的距离为3～5mm。
[0019]本专利技术一较佳实施方式中，步骤四通过调节激光功率、离焦量实现最佳熔池存在时间，所述的激光功率范围为1500W～3500W，离焦量范围为
‑
10mm～10mm，激光光斑直径为1～3mm，送粉速率为2g/min～10g/min，保护气流量为15L/min～50L/min，保护气体为纯度大于99.99％的氩气。
[0020]本专利技术一较佳实施方式中，步骤五所述的送粉气体为纯度大于99.99％的氩气或氦气。
[0021]本专利技术一较佳实施方式中，采用粉末代替焊丝，这样便于对接头组织进行调控。
[0022]本专利技术一较佳实施方式中，在于保护气罩移动方向与激光头，喷粉头移动路径一致。
[0023]本专利技术一较佳实施方式中，在于使用水冷装置，加快冷却速度，防止由于温度过高导致钛合金对氢气、氧气、氮气的吸收而引起的脆化，气孔，裂纹。
[0024]本专利技术一较佳实施方式中，在于钛合金板厚为10mm以上，需要说明的是该方法在钛合金板厚为10mm以上时效果最好，也适用于板厚10mm以下的中薄板。
[0025]本专利技术的厚板钛合金双侧激光沉积连接工艺，其有益效果是：
[0026]1.本专利技术的一种厚板钛合金双侧激光沉积连接工艺，采用双激光束双侧进行连接，可以有效的减小变形；
[0027]2.本专利技术的一种厚板钛合金双侧激光沉积连接工艺，可以有效的提高效率，有更广阔的应用前景；
[0028]3.本专利技术的一种厚板钛合金双侧激光沉积连接工艺，采用粉末代替焊丝，便于对接头组织进行调控；
[0029]4.本专利技术的一种厚板钛合金双侧激光沉积连接工艺，使用可移动的保护气罩，能够有效减少钛合金对氢气，氧气，氮气的吸收。
附图说明
[0030]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0031]图1为厚板钛合金双侧激光沉积连接工艺示意图；
[0032]图2为装置装夹示意图；
[0033]图中：1.计算机、2.保护气瓶、3.保护气罩、4.板材、5.激光头1、6.喷粉头1、7.水冷管、8.送粉机1、9.送粉控制器、10.激光器、11.激光头2、12.喷粉头2、13.送粉机2、15.工作台、16.装夹装置。
具体实施方式
[0034]现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。
[0035]实施例1
[0036]步骤一、在清洁、干燥的环境下利用丙酮对10mm厚的板材进行脱脂，利用工业酒精对其进行清洗，晒干，亮出金属光泽；
[0037]步骤二、在板材中间部位设置双V坡口，设置坡口角度为40
°
，设置钝边为1mm，重复步骤一；
[0038]步骤三、使用装夹装置将板材固定在工作台上；
[0039]步骤四、采用同轴送粉的激光沉积连接工艺方法，调节激光头和喷粉头之间的距离为3mm，并固定在待连接区域上，送粉机1、送粉机2在送粉控制器的作用下同时开始喷粉；
[0040]步骤五、调节沉积工艺参数，设置激光功率为2000W，离焦量为+3mm，激光光斑直径为2mm，送粉速率为6g/min，保护气体气流量为20L/min，保护气体为氩气，氩气纯度不低于99.99％，设置路径；
[0041]步骤六、通过计算机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种厚板钛合金双侧激光沉积连接工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在清洁、干燥的环境下对板材进行脱脂，并对其进行清洗，晒干，亮出金属光泽；步骤二、在待连接部位设置双V坡口，设置坡口角度，设置钝边，重复步骤一。步骤三、使用装夹装置将板材固定在工作台上；步骤四、采用同轴送粉的激光沉积连接工艺方法，调节激光头和喷粉头之间的距离，并固定在待连接区域上；步骤五、调节沉积工艺参数，设置激光功率，离焦量，激光光斑直径，送粉速率，保护气体气流量，设置保护气罩移动路径；步骤六、通过计算机系统运行步骤四，预送气，由计算机系统控制两侧喷粉头，激光头，保护气罩按照步骤四设置好的路径移动；步骤七、在板材待连接区域旁的水冷管中通入冷水，进行冷却，同时监测其温度，直到其冷却到200℃以下；步骤八、利用变位器使两侧的激光头，喷粉头分别在高度方向上提高一个层高，重复步骤六、七，逐层沉积；步骤九、重复步骤八直至完成连接过程，激光头停止出光，保护气停止送气，关闭激光器，即完成所述的厚板钛合金激光沉积连接。2.根据权利要求1的一种厚板钛合金双侧激光沉积连接工艺，其特征在于，步骤一在清洁、干燥的环境下利用丙酮对板材进行脱脂，利用工业酒精对其进行清洗，晒干，亮出金属光泽。3.根据权利要求1的一种厚板钛合金双侧激光沉积连接工艺，其特征在于，步骤二所述的双V坡口，坡口角...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，张笑天，周明，周春东，
申请(专利权)人：江苏靖宁智能制造有限公司，
类型：发明
国别省市：