[發明專利]通過控制LMD工藝預制熔合不良缺陷的方法

有效

• 申請號: 202010319683.2
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111203537B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 付俊;雷力明;李雅莉;周新民;付鑫
• 申請（專利權）人: 中國航發上海商用航空發動機制造有限責任公司;中國航發商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y40/00;B33Y50/02
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 喻學兵

本發明提供一種通過控制LMD工藝來預制熔合不良缺陷的方法，其中，獲得包括成形區和預制缺陷區的模型，預制缺陷區具有預設缺陷；對模型進行分層切片處理，對于預制缺陷區的每一沉積層，預設缺陷具有在垂直方向上的最大尺寸a0；對于成形區，采用LMD工藝的預定成形工藝參數進行成形；對于預制缺陷區，控制成形工藝參數如下：a0＜D時，相對于成形區，在沉積層內改變成形路徑之間的掃描間距及送粉率，借此預制熔合不良缺陷；a0≥D時，相對于成形區，在沉積層內降低激光的能量輸入，借此預制熔合不良缺陷；其中，D是激光在預制缺陷區的沉積層內的光斑直徑。通過上述方法，可以在任意位置預制熔合不良缺陷。

技術領域

本發明涉及一種通過控制激光熔化沉積（LMD）工藝預制熔合不良缺陷的方法。

背景技術

增材制造（AM）技術逐漸成熟，已廣泛應用于航空航天、醫療、汽車、核電等領域。LMD技術（例如，采用同步送粉方式）是常見的一種AM技術，該技術通過載粉氣輸送匯聚球形粉末，使用高能激光束將同步輸送匯聚的金屬粉末熔化，形成移動的非穩態金屬熔池，在高溫度梯度下小熔池快速凝固，逐層熔化堆積，最終形成實體零件，一般適用于航空航天國防裝備大型復雜金屬結構件低成本、短周期快速成形，或高附加值零部件快速修復，如航空發動機安裝節系統、后節平臺、整體葉盤、渦輪葉片等零件。

LMD金屬成形/修復過程涉及溫度場、應力場等多場耦合，是一個復雜的非平衡態凝固的過程，不穩定性因素多，不可避免地會產生不同類型和尺寸的缺陷，常見的有氣孔、裂紋、熔合不良等。

作為典型缺陷的熔合不良缺陷因為金屬材料之間未熔化結合在一起而形成。AM制造或修復過程中，熔池道間或層間的搭接不良，或者，在修復界面結合面處，都容易造成熔合不良或未熔合缺陷，缺陷位置應力集中比較嚴重，危害性僅次于裂紋，會使材料的機械性能明顯變差，嚴重影響構件的使用壽命。

AM制件由于組織和性能具有各向異性的特點，不同于傳統的鑄造、鍛造、焊接等制件，產生的熔合不良缺陷亦有所差異，同傳統制件相比存在檢測精度不同、可達性差、檢測盲區大等問題，因而現有缺陷檢測和評價方法基本不適用于AM制件。因此，制備具有人工缺陷的AM標塊、缺陷試樣或缺陷零件，不僅能為準確地進行缺陷的無損檢測做準備，同時能對AM中產生的缺陷精確地進行定性和定量研究，精確模擬不同類型或尺寸的缺陷對AM成形件力學性能的影響，進一步研究和驗證缺陷對AM零件可靠性的影響，對航空航天等領域AM零件的應用具有重大的意義。

對于制備熔合不良缺陷金屬制件，目前主要有兩種方法，一種是通過控制焊接工藝，制造出具有一定尺寸的熔合不良缺陷；第二種方法是利用激光選區熔化(SLM)直接設計熔合不良缺陷輪廓，直接成形內部具有熔合不良缺陷的制件。第一種方法制備的熔合不良缺陷試樣已經對樣品的組織、性能等進行了不同程度的破壞，不能有效模擬實際零件制造過程產生的熔合不良缺陷特征。第二種方法制備的熔合不良缺陷一般不具備連續性組織結構，僅適用于部分熔合不良缺陷，不能完全模擬實際零件制造過程產生的熔合不良缺陷特征，同時若尺寸較小則容易被邊界輪廓熔化的金屬填充，無法成形。

以上兩種方法均不能準確模擬制件凝固過程中產生熔合不良缺陷的特征，不能準確表征熔合不良缺陷處組織結構特點，不能準確有效地評價缺陷與力學性能的影響關系、缺陷與零件可靠性的關系，目前金屬增材制造成形/修復件典型人工缺陷的制備方法和手段尚不成熟，本提案提供了一種LMD航空發動機合金構件中熔合不良類缺陷的控制方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種通過控制LMD工藝預制熔合不良缺陷的方法。

本發明的另一目的是提供一種預制熔合不良缺陷的方法，通過該方法預制的熔合不良缺陷可以模擬實際凝固過程中產生的缺陷，而且能保留缺陷處組織結構的連續完整特征。