[發明專利]激光熔覆高溫合金異型連接結構成形方法

有效

• 申請號: 201310395387.0
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN103498142A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 吳復堯;劉黎明;楊寶付;許沂;微石;王斌
• 申請（專利權）人: 航天特種材料及工藝技術研究所
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B23K26/32;B23K26/70
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙) 11200
• 代理人: 余長江

技術領域

本發明屬于金屬特種成形加工技術領域，涉及一種高溫合金異型連接結構的激光熔覆成形方法，特別針對激光成形制造復雜、大型高溫合金結構件的一體化成形。

背景技術

航空航天飛行器上高溫零部件較多，特別是發動機的高溫區，幾乎全部采用高溫合金制造。采用的制造工藝一般為鑄造、鍛造、鈑金等方法，而要進行大型結構件的制造，必須輔以焊接技術進行連接，對于復雜結構來說，焊接過程很難實現，不僅需要復雜的工裝，還要對焊后進行校形或熱處理，這將大大增加制造成本。對于性能要求高的大型復雜零件，采用傳統連接方法還很難保證零件的整體性能。

采用激光熔覆連接技術，可以一體化制造高溫合金結構件，能提高零件的整體剛度和強度。其次，在新型號研制過程中，大型復雜的高溫合金結構件需要進行模具設計、加工和試制，如鍛造和鑄造，模具的設計和制造不僅周期長而且費用高，導致整個零件的研制周期變長成本增加，另外當設計部門需要修改設計的模型時，后期模具的設計和制造還需要重新制造。而激光熔覆成形技術是在無需專用工裝模具的情況下，通過高功率激光熔化同步輸送的高溫合金粉末，逐點逐層堆積來成形金屬零件的過程。這不僅能減少制造工裝模具的時間和費用，還可以根據設計圖紙的修改而時時改變成形工藝，達到設計與樣件同步的研制過程。再次，該技術采用增量生長的方式成形零件，可顯著提高材料利用率，而且成形構件僅需最終精加工，能大大縮短零件制造和研制周期，提高研制效率降低成本。

激光快速成形(Laser?Rapid?Forming，LRF)技術是二十世紀末期興起的一項材料成形新技術。它是在快速原型制造技術基礎上發展而來的，其基本原理為：先在計算機中建立零件的三維CAD模型，再利用分層切片軟件將模型以一定的厚度分層切片，把零件的三維形狀離散成一系列二維平面，由數控機床按照每一層的形狀數據，控制高能激光束熔化同步送進的材料(一般為粉狀或絲狀)形成熔覆層，逐層堆積材料，最終獲得三維實體零件或只需要進行少量加工的毛坯。而激光熔覆連接技術拓展了激光快速成形技術，即采用熔覆連接的方式制造大型的零部件，大大提高制造效率，因此具有很高的加工柔性，在航空航天領域高溫合金大型復雜結構件的制造上具有廣闊的開發應用前景。

發明內容

本發明的技術解決問題是：解決高溫合金熔覆連接工藝問題，提供一種一體化成形高溫合金復雜結構件的制造工藝方法，解決了目前很難一體化制造大型復雜高溫合金結構件的問題。

本發明的技術解決方案是：先將需要熔覆連接的兩個或多個零件加工出合適的連接坡口，利用側向送粉噴嘴進行坡口底部的熔覆連接，當成形到一定高度時換為對稱送粉噴嘴并調整熔覆成形工藝，進行整個連接坡口的熔覆成形，直至完成。具體方案如下：

一種高溫合金異型連接結構的激光熔覆成形方法，其步驟包括：

1）在高溫合金結構件的需要進行熔覆連接的部位加工坡口，利用三維建模軟件建立該坡口的三維模型，并采用剖分軟件對該三維模型進行剖分，根據剖分結果編制熔覆控制程序并載入數控系統；

2）通過所述熔覆控制程序設定每層的剖分高度為0.1-0.2mm，采用側向送粉噴嘴并通過數控系統控制其掃描速度為100-200mm/min，將送粉系統的送粉速度設定為5-8g/min，在高溫合金結構件的相接的坡口上熔覆5-10層，形成基礎熔覆層；

3）將所述側向送粉噴嘴的掃描速度調整為200-300mm/min，送粉系統的送粉速度調整為6-10g/min，熔覆控制程序中每層的剖分高度調整為0.3mm-0.4mm，在所述基礎熔覆層上進行均勻穩定的成形，直至成形過程結束。

進一步地，進行步驟3）所述均勻穩定的成形過程中，當所述坡口內熔覆成形的材料表面距離坡口頂部15-20mm時，繼續采用側向送粉噴嘴，將其掃描速度調整為300-400mm/min，將送粉系統的送粉速度調整為10-15g/min，熔覆控制程序中每層的剖分高度調整為0.4mm-0.6mm，繼續熔覆過程直至成形過程結束。

進一步地，進行步驟3）所述均勻穩定的成形過程中，當所述坡口內熔覆成形的材料表面距離坡口頂部15-20mm時，將側向送粉噴嘴更換為對稱送粉噴嘴，控制其掃描速度為300-400mm/min，將送粉系統的送粉速度調整為10-15g/min，熔覆控制程序中每層的剖分高度調整為0.4mm-0.6mm，繼續熔覆過程直至成形過程結束。