[發明專利]一種3D打印金屬構件缺陷的焊接修補方法

在審

• 申請號: 202010980798.6
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112077410A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 劉悅;孔慶吉;馬慧君;徐彥強;趙偉
• 申請（專利權）人: 中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司
• 主分類號: B23K1/008
• 分類號: B23K1/008;B23K1/20
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

本發明屬于航空發動機構件焊接修補技術領域，具體涉及一種3D打印金屬構件缺陷的焊接修補方法。通過解決裂紋清理后待修補處制備、混合粉末成分的選用與配制、提高焊接接頭性能等技術問題，保證航空發動機3D打印金屬構件裂紋缺陷的修補質量，實現應用粉末冶金焊接技術對航空發動機3D打印金屬構件裂紋缺陷的有效修補。本方法修補處的焊縫質量好，焊縫和基體合金的成分易實現均勻化，可有效延長3D打印構件的使用壽命，實現批量修補，大量降低生產制造成本，該修補技術可應用于多種類型3D打印構件的修補中去，對3D打印零部件的焊接修補具有重要參考價值。特別適合用于有復雜內腔的金屬構件的修補。

技術領域

本發明屬于航空發動機構件焊接修補技術領域，具體涉及一種3D打印金屬構件缺陷的焊接修補方法。

背景技術

3D打印技術對航空航天制造業影響巨大，高的工藝品質、高效率使得其在航空發動機構件制造方面得到廣泛關注，逐漸成為航空發動機構件批量生產制造的優秀方法。

基于激光增材制造的3D打印技術因激光聚焦光斑微細化、鋪粉厚度精細化、制造精度高等優勢，可實現精密構件的直接“凈成形”，目前主要應用于航空發動機上具有復雜內腔結構的旋流器、噴嘴等金屬構件的制造。然而，激光增材制造過程中，經歷高能激光束長時間周期性劇烈加熱和冷卻，動態熔池在池底強約束下的快速凝固收縮及其伴生的短時非平衡固態相變，在構件內部將產生極其復雜的熱應力、組織應力和凝固收縮應力及其強烈非穩態交互作用和應力集中，激光成形件中的少數零件會產生裂紋缺陷，為避免零件報廢、節約生產制造成本，3D打印構件裂紋缺陷的修補已成為亟待解決問題。

當前，航空發動機構件的修復主要采用熔焊、粉末冶金焊接等修復技術；其中熔焊技術主要修復焊接性較好的鈷基高溫合金零件和低鋁、鈦的鎳基高溫合金零件，但焊接殘余應力的存在易使修復的構件服役時過早破壞，對于具有復雜內腔結構的旋流器、噴嘴等金屬構件容易因焊后背面余高過大而造成內腔流道尺寸減小或堵塞；粉末冶金焊接技術是在釬焊基礎上發展起來的發動機構件損傷修復技術，優于傳統的熔焊修復技術。

發明內容

本發明提出了一種3D打印金屬構件缺陷的焊接修補方法，通過解決裂紋清理后待修補處制備、混合粉末成分的選用與配制、提高焊接接頭性能等技術問題，保證航空發動機3D打印金屬構件裂紋缺陷的修補質量，實現應用粉末冶金焊接技術對航空發動機3D打印金屬構件裂紋缺陷的有效修補。

本發明的3D打印金屬構件缺陷的焊接修補方法包括以下步驟：

S1：待修補處制備：

將3D打印金屬構件的裂紋缺陷處通過打磨清理去除，成為待修補處；將待修補的3D打印金屬構件進行清洗并烘干；如果3D打印金屬構件的基體合金是含鋁、鈦、鈮、鉭等較高的合金，鋁、鈦、鈮、鉭中的一種元素的質量分數或幾種元素質量分數之和高于0.5％時，在清洗前可以對待修補處進行鍍鎳處理，鍍層的厚度為10-20μm。鍍鎳處理能夠防止基體表面釬焊過程中的氧化并能改善釬焊潤濕性。

S2：配制和預置釬焊材料：

將所述3D打印金屬構件的基體合金的粉末與適用于所述基體合金的釬料粉末配制成混合粉末，其中基體合金粉末的質量分數范圍是50％-60％。雖然基體合金粉末的含量越高，越有利于釬焊接頭中低熔點脆性相的減少，但是基體合金粉末含量增高也會導致釬料釬焊工藝性變差。因此，混合粉末只在一定的配合比例條件下才具有使用價值，添加基體合金粉末的比例不能太高，實際加入量要依據具體的工藝要求而加以確定，設計最大加入量不超60％。

將混合粉末用釬焊粘結劑調制成膏狀物，用涂敷器將膏狀物填加至3D打印金屬構件的待修補處，將涂好膏狀物的3D打印金屬構件進行烘干；在所述3D打印金屬構件不允許釬料流入的地方涂敷阻流劑。

S3：真空釬焊：