[发明专利]一种裂纹损伤铝合金薄壁件激光再制造方法

说明书

技术领域

本发明属于装备再制造领域，涉及一种裂纹损伤铝合金薄壁件激光切割复合激光焊接快速修复再制造的新方法。

背景技术

铝合金由于其独特而又优异的性能已经在电气、航空、航海、汽车工业、石油化工、军事、建筑等领域得到了广泛的应用，比如用于汽车、装甲车、坦克、飞机及舰艇的部件。如汽车发动机壳体、活塞、轮毂、飞机机身、机翼蒙皮等，目前各国制造的飞机使用的铝合金主要是高强度的2XXX系和超高强度的7XXX系铝合金。铝合金薄壁件在加工制造和使用过程中，由于各种原因（焊接、锻造、表面划痕和应力腐蚀等）往往存在着各种类型的裂纹，带有裂纹的构件在变载荷的作用下，裂纹可能会逐渐扩展，最终断裂导致事故的发生。裂纹常用的修复方法主要是焊补、粘接、栽铜螺钉填满裂纹等，针对铝合金结构件的裂纹的修复，目前主要是采用弧焊焊补或整体换件的手段进行，焊前准备主要是通过机械加工的手段将裂纹去除，而后通过弧焊的方法修复损伤部位。该技术可以运用于铝合金薄壁件裂纹损伤的修复，但是也存在着一定的问题，具体表现在焊前清理损伤部位时，采用传统的机械加工去除损伤部位方法效率较低，并且在后续的弧焊过程中，由于热输入量较大，铝合金的接头软化、裂纹、气孔等问题都难以解决。大功率激光再制造是一种以“光能源”作为材料加工手段的先进再制造技术，其能量密度高、操作容易、柔性好、效率高、制造精度高能够很好的解决不同材料体系的加工、成形和再制造等问题，其中激光切割和激光焊接是激光再制造中两种典型的先进工艺。激光切割是利用经过聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射处的材料迅速熔化、气化、烧蚀或达到燃点，同时借助于光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现割开工件的一种热切割方法。在铝合金的激光切割过程中，铝合金极易氧化，如何避免氧化的发生非常重要。以激光为主要热源的自熔性深熔焊、激光填丝焊接等深熔焊接技术具有能量密度高、焊后残余应力低、焊接精度高，焊接接头质量高等优点，可广泛应用于航空航天、大型舰船和其他装备再制造领域中。

发明内容

本发明针对铝合金薄壁件的裂纹修复问题，研究一种激光切割复合激光焊接技术再制造的新方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种裂纹损伤铝合金薄壁件激光再制造方法，复合利用激光切割技术和激光填丝焊接技术对裂纹损伤部位进行再制造；通过激光切割去除裂纹损伤部位，采用和修复基体相匹配的焊材，在优化工艺条件下利用光纤激光器在坡口部位精确恢复其原始尺寸；同时，修复后的部位强度达到基体的90%，且焊缝无气孔、裂纹和夹杂缺陷。

在进行焊接前，先利用光纤传导的激光切割头，结合超声波检测和着色渗透裂纹检测结果，开深“V”坡口去除裂纹，去除裂纹后，用砂纸碾磨掉热影响区。

激光切割过程中，用氮气作为辅助气体，压力为0.9MPa，使切风中的熔渣最大限度的被吹走，工艺参数范围为：激光功率：2～2.5kw，切割速度：1500～2000mm/min。

激光切割去除裂纹部位后形成的坡口经打磨后，用丙酮清洗15分钟，并擦拭干净，将焊丝在质量分数为10%的NaOH溶液中浸蚀两分钟，然后用质量分数为30%的HNO₃的溶液中去黑，用清水冲洗干净并烘干；焊前再用钢刷刷试板表面除氧化膜。

根据不同的修复基体选用匹配的焊材进行修复，修复基体材料为7A52铝合金时，选用选用含钪的铝合金焊材：Al-6.3Mg-0.35Sc-0.1Zr-0.1Cr合金焊丝，化学成分前面的数字代表在焊丝中的平均质量分数，金属钪（Sc）在修复组织中能起到弥散强化和晶粒细化的作用，能够改善修复组织的抗蚀性，提高强度和塑性。基体为2219铝合金时，选用裂纹倾向小、强度和韧性好的ER2319焊丝进行修复。

利用激光填丝补焊技术对损伤部位进行修复；焊接规范工艺参数：激光功率2～3kW，焊接速度2～3m/min，采用前送丝方式，送丝角度为60°，送丝速度2～3m/min，光丝间距2mm，侧吹保护气角度45°，采用Ar作为辅助气体对熔池进行保护，Ar气流量为10L/min。

修复完毕后，以汽油喷灯加热修复部位及附近区域，加热温度为200°～300°，保温时间为20分钟，然后用石棉覆盖缓冷。热处理完全冷却后，将表明打磨，进行着色探伤，直到其检查结果未发现裂纹、气孔缺陷，质量才符合要求，否则要再进行补焊。

本发明可以获得如下有益效果：