一种通过激光定向能量沉积修复钛合金增材制造件的方法技术

技术编号：40385410 阅读：13 留言：0更新日期：2024-02-20 22:20

本发明专利技术提出了一种通过激光定向能量沉积修复钛合金增材制造件的方法，包括：材料预处理：采用机械加工的方式将裂纹去除，根据裂纹位置将工件分为主体和角块，并按喷头成形方向对主体和角块开坡口；采用激光定向能量沉积技术对钛合金增材制造件进行修复：(1)于主体和角块的切口上成形接引台；(2)进行正式填充：按照修复顺序需填充的三个部分分别为折角部分，与成形方向同向的侧边边界和顶部边界，采用夹具固定校对主体和角块位置，对折角部分先进行填充，将角块和主体连接起来；通过正反对称修复的方法，完成侧边边界的填充，再通过正反对称修复的方法，完成顶部边界的填充；本发明专利技术能够提高增材制造件的修复质量。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于增材制造，特别是一种通过激光定向能量沉积修复钛合金增材制造件的方法。

技术介绍

1、增材制造技术，是一种通过逐层材料堆积来制造三维物体的技术。这种技术目前被广泛应用于航空航天、汽车、医疗和精密工程等领域。

2、在航空航天领域，增材制造技术被用于制造复杂的工件，如发动机部件、结构组件和专用工具。这些应用通常要求零件具有高度的几何复杂性、优异的机械性能和严格的质量标准。

3、钛合金因其出色的强度、重量比和耐腐蚀性，在航空航天领域尤为重要。然而，钛合金的增材制造过程复杂，易受热输入和冷却速率的影响，这些因素会导致部件出现热应力、开裂等缺陷。针对这些问题，传统的修复方法有焊接和机械加工等。传统焊接方法在修复高性能材料时容易引入新的应力和变形，特别是对于复杂的增材制造件。焊接过程中的高热输入可能导致材料的热影响区产生过度硬化或软化，从而影响部件的整体性能。此外，焊接热循环也可能导致微观结构变化，降低材料的疲劳寿命；机械加工虽能提供较高的尺寸精度，但在修复复杂几何形状的增材制造件时往往效率低下。此外，机械加工可能会移除过多的材料，改变部件的设计意图和性能指标。对于内部缺陷，如内部裂纹，机械加工几乎无法实现有效修复。因此，传统的修复方式往往不能满足所需的精度和材料性能要求，或者可能导致额外的应力集中和结构弱化。

4、为解决这些问题，激光定向能量沉积被应用于增材制造件的修复中。激光定向能量沉积是一种高能激光束熔化金属粉末以形成固态材料的技术。该技术通过使用精细控制的激光束，直接在材料表面添加材料

5、(1)精确控制修复过程：激光定向能量沉积技术能够精确控制激光参数(如功率、扫描速度等)，有效管理熔池的形貌，从而保证修复区域的准确性和一致性。

6、(2)最小化热影响：激光定向能量沉积技术的热影响区域相比传统焊接更小，减少了材料属性的改变和应力集中的风险。

7、(3)适应复杂几何形状：激光定向能量沉积技术能够适应增材制造件的复杂几何形状，即使是内部结构也能进行有效修复，这是传统机械加工难以实现的。

8、(4)提高材料利用率：激光定向能量沉积技术通过添加精确数量的材料来修复缺陷，与机械加工相比，大大减少了材料浪费。

9、然而，激光定向能量沉积技术的实施面临若干挑战。首先，激光参数的选择对熔池的形貌和温度分布至关重要，这直接影响到修复区域的微观结构和力学性能。其次，修复策略需要精心设计以确保修复后部件的整体性能和可靠性。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供一种通过激光定向能量沉积修复钛合金增材制造件的方法，以提高增材制造件的修复质量，延长其使用寿命，同时降低制造成本。

2、实现本专利技术目的的技术解决方案为：

3、一种通过激光定向能量沉积修复钛合金增材制造件的方法，包括：

4、第一步，材料预处理：采用机械加工的方式将裂纹去除，根据裂纹位置将工件分为主体和角块，并按喷头成形方向对主体和角块开坡口；

5、第二步，采用激光定向能量沉积技术对钛合金增材制造件进行修复：

6、(1)于主体和角块的切口上成形接引台；

7、(2)进行正式填充：按照修复顺序需填充的三个部分分别为折角部分，与成形方向同向的侧边边界和顶部边界，采用夹具固定校对主体和角块位置，对折角部分先进行填充，将角块和主体连接起来；通过正反对称修复的方法，完成侧边边界的填充，再通过正反对称修复的方法，完成顶部边界的填充；

8、(3)去除熔道两侧多余材料。

9、本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：

10、(1)通过预处理，即在缺陷处加工45°坡口后再按成形棱台形/三角棱柱形接引台，能够实现为同轴喷嘴在后续步骤中提供更加广阔的位姿变换空间，避免修复过程中件实体与同轴粉流在空间几何产生干涉，保证粉流充分填充，使得修复处金属有效熔覆，避免缺陷产生；修复顺序为折角部分，与成形方向同向的侧边边界和顶部边界。因折角部分角度较小，填充过程干涉问题严重，故首先进行填充。在平面上完成引角坡口的沉积成形后，采用夹具固定校对主体和角块位置，通过对称修复的方法，依次对工件两侧进行填充修复，减小成形造成的热应力与残余应力影响，完成填充。

11、(2)能够对修复处进行路径设置，激光定向能量沉积技术能够适应增材制造件的复杂几何形状，即使是内部结构也能进行有效修复，这是传统机械加工难以实现的。

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【技术保护点】

1.一种通过激光定向能量沉积修复钛合金增材制造件的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的通过激光定向能量沉积修复钛合金增材制造件的方法，其特征在于，成形接引台时，成形功率P＝500W，激光半径r＝0.5mm，扫描速率v＝6mm/s，送粉速率ρ＝4g/min正式填充时，成形功率P＝800W，激光半径r＝1.5mm，扫描速率v＝10mm/s，送粉速率ρ＝6g/min。

3.根据权利要求1所述的通过激光定向能量沉积修复钛合金增材制造件的方法，其特征在于，正式填充时，每隔三层对质量进行探查。

4.根据权利要求1所述的通过激光定向能量沉积修复钛合金增材制造件的方法，其特征在于，对钛合金增材制造件进行修复时，将工件放入密封仓中进行封仓。

5.根据权利要求1所述的通过激光定向能量沉积修复钛合金增材制造件的方法，其特征在于，对于角块侧边边界存在凹槽的结构，在凹槽中填充铜材料作为衬垫。

6.根据权利要求1所述的通过激光定向能量沉积修复钛合金增材制造件的方法，其特征在于，还包括对修复过的工件进行热处理并进行无损检测。