[發(fā)明專(zhuān)利]一種激光快速成形預(yù)期高度金屬薄壁件的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410825505.1
• 申請(qǐng)日: 2014-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104498942A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧德偉;王鑫林;孫奇;馬廣義;吳東江
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C23C24/10
• 分類(lèi)號(hào): C23C24/10;B22F3/105
• 代理公司: 大連東方專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 高永德;李洪福

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光快速成形技術(shù)，具體地說(shuō)是一種激光快速成形預(yù)期高度金屬薄壁件的方法。

背景技術(shù)

目前，諸如一些航空發(fā)動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)、壓縮機(jī)等使用的大型葉片等薄壁零件,在高溫高壓的惡劣工作環(huán)境下超高速運(yùn)行，在汽蝕和疲勞等因素的共同作用下,很容易發(fā)生損壞,當(dāng)損壞到一定程度后整個(gè)零件報(bào)廢,需進(jìn)行及時(shí)更換。而現(xiàn)階段此類(lèi)零件的制造主要是基于傳統(tǒng)的銑削加工，不但造價(jià)很高，材料的利用率也很低。如果能夠?qū)植繐p壞的零件進(jìn)行修復(fù)后再重新應(yīng)用,無(wú)疑將大大節(jié)省生產(chǎn)成本、節(jié)約材料。

相對(duì)于傳統(tǒng)的去材制造，屬于增材制造范疇的激光快速成形具有較高的材料利用率，較低的能量消耗率和高自動(dòng)化程度。激光快速成形技術(shù)在此類(lèi)零件中的應(yīng)用將很好的彌補(bǔ)傳統(tǒng)加工的不足。

在激光快速成形中，Z軸單層行程與單層沉積高度的匹配是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量激光成形的關(guān)鍵因素。嚴(yán)格地說(shuō)，Z軸單層行程的數(shù)值必須與單層沉積高度保持一致，這樣才能確保各層工藝條件完全相同。但是在實(shí)際的成形過(guò)程中，激光功率和送粉量的波動(dòng)以及基體熱積累等因素將導(dǎo)致單層沉積高度發(fā)生變化，這將使Z軸單層行程與單層沉積高度產(chǎn)生偏差。這種偏差如果沒(méi)有得到合理的控制，將在后續(xù)的成形過(guò)程中產(chǎn)生積累，進(jìn)而對(duì)成形高度的一致性產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至導(dǎo)致成形無(wú)法進(jìn)行。因此，工藝參數(shù)Z軸單層行程的確定十分重要。

高質(zhì)量激光成形預(yù)期高度薄壁件往往需要具有反饋裝置的激光成形系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)變化Z軸單層行程使其與單層沉積高度保持恒定，對(duì)Z軸單層行程進(jìn)行精確的控制，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期高度薄壁件的激光成形。這對(duì)硬件的要求很高，不僅過(guò)程復(fù)雜而且增加附加成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)以上問(wèn)題的提出，而研究設(shè)計(jì)一種激光快速成形預(yù)期高度金屬薄壁件的方法。本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

一種激光快速成形預(yù)期高度金屬薄壁件的方法，其特征在于，包括以下步驟：

①根據(jù)預(yù)期高度金屬薄壁件的寬度確定進(jìn)行激光成形金屬薄壁件的激光功率、掃描速度和送粉量三個(gè)基本工藝參數(shù)和首層沉積高度d₁；

②根據(jù)步驟①確定的首層沉積高度d₁，在0.6d₁～0.7d₁之間選取熔覆頭的Z軸單層行程ΔZ；

③以步驟①和步驟②確定參數(shù)進(jìn)行單道多層激光熔覆工藝試驗(yàn)，確定達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的沉積層數(shù)n和沉積高度h；

④根據(jù)預(yù)期成形高度H，設(shè)計(jì)總沉積層數(shù)N和總工作時(shí)間T；

⑤以步驟①至步驟④確定的各個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行預(yù)期高度金屬薄壁件的激光成形。

所述步驟①的確定方法為：通過(guò)單道單層的激光熔覆基礎(chǔ)工藝試驗(yàn)，選取不同的激光功率、掃描速度和送粉量三個(gè)基本工藝參數(shù)組合，測(cè)量對(duì)應(yīng)的單道熔覆層的寬度和高度，根據(jù)預(yù)期高度金屬薄壁件的寬度，選取相應(yīng)的激光功率、掃描速度和送粉量三個(gè)基本工藝參數(shù)，測(cè)量的單道熔覆層的高度為首層沉積高度d₁。

所述步驟②的確定方法為：采用步驟①確定的激光功率、掃描速度和送粉量三個(gè)基本工藝參數(shù)，確定首層沉積高度d₁，在0.6d₁～0.7d₁之間選取ΔZ即0.6d₁≤ΔZ≤0.7d₁。該結(jié)論得出過(guò)程為：在不同的Z軸單層行程ΔZ情況下進(jìn)行激光成形試驗(yàn)，每沉積完一層，測(cè)量激光成形的單層沉積高度，選擇的Z軸單層行程ΔZ符合以下要求：激光成形過(guò)程中單層沉積高度隨著沉積層數(shù)的增加而減小，然后達(dá)到單層沉積高度等于Z軸單層行程ΔZ的穩(wěn)定狀態(tài)，第一層沉積高度為d₁，實(shí)驗(yàn)得出規(guī)律，如果0.6d₁≤ΔZ≤0.7d₁，在激光成形過(guò)程中單層沉積高度隨著沉積層數(shù)的增加而減小，然后達(dá)到單層沉積高度等于Z軸單層行程ΔZ的穩(wěn)定狀態(tài)，由此確定Z軸單層行程ΔZ。

所述步驟④為根據(jù)預(yù)期高度金屬薄壁件的高度H、步驟③確定的沉積層數(shù)n，確定激光成形所述預(yù)期高度金屬薄壁件的總沉積層數(shù)N和總工作時(shí)間T，具體公式如下：

N＝n+(H-h)/ΔZ；

T＝N·t+t′；

t＝L/ν；

其中：t為沉積一層所需要的時(shí)間；t′為空行程以及停留時(shí)間總和；L為預(yù)期高度金屬薄壁件的長(zhǎng)度，ν為掃描速度。

與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明所述的一種激光快速成形預(yù)期高度金屬薄壁件的方法通過(guò)簡(jiǎn)易的方法確定出激光成形金屬薄壁件中合適的工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期高度的金屬薄壁件高質(zhì)量的激光成形。

附圖說(shuō)明