[发明专利]激光熔覆高温合金异型连接结构成形方法

说明书

技术领域

本发明属于金属特种成形加工技术领域，涉及一种高温合金异型连接结构的激光熔覆成形方法，特别针对激光成形制造复杂、大型高温合金结构件的一体化成形。

背景技术

航空航天飞行器上高温零部件较多，特别是发动机的高温区，几乎全部采用高温合金制造。采用的制造工艺一般为铸造、锻造、钣金等方法，而要进行大型结构件的制造，必须辅以焊接技术进行连接，对于复杂结构来说，焊接过程很难实现，不仅需要复杂的工装，还要对焊后进行校形或热处理，这将大大增加制造成本。对于性能要求高的大型复杂零件，采用传统连接方法还很难保证零件的整体性能。

采用激光熔覆连接技术，可以一体化制造高温合金结构件，能提高零件的整体刚度和强度。其次，在新型号研制过程中，大型复杂的高温合金结构件需要进行模具设计、加工和试制，如锻造和铸造，模具的设计和制造不仅周期长而且费用高，导致整个零件的研制周期变长成本增加，另外当设计部门需要修改设计的模型时，后期模具的设计和制造还需要重新制造。而激光熔覆成形技术是在无需专用工装模具的情况下，通过高功率激光熔化同步输送的高温合金粉末，逐点逐层堆积来成形金属零件的过程。这不仅能减少制造工装模具的时间和费用，还可以根据设计图纸的修改而时时改变成形工艺，达到设计与样件同步的研制过程。再次，该技术采用增量生长的方式成形零件，可显著提高材料利用率，而且成形构件仅需最终精加工，能大大缩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)技术是二十世纪末期兴起的一项材料成形新技术。它是在快速原型制造技术基础上发展而来的，其基本原理为：先在计算机中建立零件的三维CAD模型，再利用分层切片软件将模型以一定的厚度分层切片，把零件的三维形状离散成一系列二维平面，由数控机床按照每一层的形状数据，控制高能激光束熔化同步送进的材料(一般为粉状或丝状)形成熔覆层，逐层堆积材料，最终获得三维实体零件或只需要进行少量加工的毛坯。而激光熔覆连接技术拓展了激光快速成形技术，即采用熔覆连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，在航空航天领域高温合金大型复杂结构件的制造上具有广阔的开发应用前景。

发明内容

本发明的技术解决问题是：解决高温合金熔覆连接工艺问题，提供一种一体化成形高温合金复杂结构件的制造工艺方法，解决了目前很难一体化制造大型复杂高温合金结构件的问题。

本发明的技术解决方案是：先将需要熔覆连接的两个或多个零件加工出合适的连接坡口，利用侧向送粉喷嘴进行坡口底部的熔覆连接，当成形到一定高度时换为对称送粉喷嘴并调整熔覆成形工艺，进行整个连接坡口的熔覆成形，直至完成。具体方案如下：

一种高温合金异型连接结构的激光熔覆成形方法，其步骤包括：

1）在高温合金结构件的需要进行熔覆连接的部位加工坡口，利用三维建模软件建立该坡口的三维模型，并采用剖分软件对该三维模型进行剖分，根据剖分结果编制熔覆控制程序并载入数控系统；

2）通过所述熔覆控制程序设定每层的剖分高度为0.1-0.2mm，采用侧向送粉喷嘴并通过数控系统控制其扫描速度为100-200mm/min，将送粉系统的送粉速度设定为5-8g/min，在高温合金结构件的相接的坡口上熔覆5-10层，形成基础熔覆层；

3）将所述侧向送粉喷嘴的扫描速度调整为200-300mm/min，送粉系统的送粉速度调整为6-10g/min，熔覆控制程序中每层的剖分高度调整为0.3mm-0.4mm，在所述基础熔覆层上进行均匀稳定的成形，直至成形过程结束。

进一步地，进行步骤3）所述均匀稳定的成形过程中，当所述坡口内熔覆成形的材料表面距离坡口顶部15-20mm时，继续采用侧向送粉喷嘴，将其扫描速度调整为300-400mm/min，将送粉系统的送粉速度调整为10-15g/min，熔覆控制程序中每层的剖分高度调整为0.4mm-0.6mm，继续熔覆过程直至成形过程结束。

进一步地，进行步骤3）所述均匀稳定的成形过程中，当所述坡口内熔覆成形的材料表面距离坡口顶部15-20mm时，将侧向送粉喷嘴更换为对称送粉喷嘴，控制其扫描速度为300-400mm/min，将送粉系统的送粉速度调整为10-15g/min，熔覆控制程序中每层的剖分高度调整为0.4mm-0.6mm，继续熔覆过程直至成形过程结束。