[发明专利]一种损伤金属构件修复时表面层特征参数梯度的控制方法

说明书

本发明公开了一种损伤金属构件修复时表面层特征参数梯度的控制方法，包括以下步骤：S1，将损伤金属构件的损伤部位附近的材料切除，形成待补料的缺口；S2，对缺口的表面进行表面强化处理；S3，对经过强化的表面进行清理；S4，采用3D打印方法对经过清理的缺口进行材料填充，并超出损伤金属构件的初始外形轮廓；S5，按照损伤金属构件的初始外形，采用切削方法对填充的材料进行表面精加工，从而达到损伤金属构件的外形轮廓精度要求。本发明的技术方案有利于提高损伤金属构件修复后的机械性能。

技术领域

本发明涉及金属构件的损伤修复技术领域，特别涉及一种损伤金属构件修复时表面层特征参数梯度的控制方法。

背景技术

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题，目前，金属材料在使用过程中经常出现表面腐蚀或出现疲劳裂纹的情况，国内外资料统计数据显示，每年因构件损伤而造成大量的经济损失，其中有一部分是可以修复再利用的结构损伤。目前针对损伤金属零件所采取的处理方法，最简单的方法是对损伤部位进行简单处理，如将腐蚀产物去除或将微小裂纹切除，然后继续使用。这样所产生的缺口将导致构件强度的下降，存在一定的安全隐患。其次常用的方法是对缺口进行材料填充，目前堆焊方式应用较为广泛，但存在一些问题，如焊接部位热影响严重、材料变脆，堆焊部位表面存在残余拉应力，降低构件疲劳寿命等。随着再制造技术的不断研究，3D打印技术逐渐代替堆焊方法用于构件损伤部位的外形及强度修复。虽然3D打印与堆焊相比，其热影响区要小得多，但其热影响机理相同，仍然存在类似的结果，只是程度不同而已。3D打印热影响区的主要表现，在于被修复构件表面由里及表存在两方面的参数梯度特征：一是残余拉应力逐渐增加，二是晶粒逐渐粗化。但不管是表面的残余拉应力还是较粗大的晶粒，都将对材料的力学性能造成不利影响，不利于提高修复构件的疲劳强度。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明实施例提供一种损伤金属构件修复时表面层特征参数梯度的控制方法，提高修复构件的强度和疲劳寿命。

根据本发明实施例的损伤金属构件修复时表面层特征参数梯度的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将损伤金属构件的损伤部位附近的材料切除，形成待补料的缺口；

S2，对缺口的表面进行表面强化处理；

S3，对经过强化的表面进行清理；

S4，采用3D打印方法对经过清理的缺口进行材料填充。

在可选或优选的实施例中，在步骤S2中，表面强化处理采用的方法为冲击强化，冲击方向与表面的角度定义为δ，δ＝90°±5°。

在可选或优选的实施例中，在步骤S2中，表面强化处理采用的方法为脉冲激光冲击工艺技术。

在可选或优选的实施例中，在步骤S2中，表面强化处理采用的方法为喷丸工艺技术。

在可选或优选的实施例中，在步骤S4中，填充的打印材料采用与损伤金属构件相同的材料粉末。

在可选或优选的实施例中，在步骤S4中，先采用3D打印方法对经过清理的缺口进行材料填充，直至超出损伤金属构件的初始外形轮廓；后按照损伤金属构件的初始外形，采用切削方法对填充的材料进行表面精加工，从而达到损伤金属构件的外形轮廓精度要求。

基于上述技术方案，本发明实施例至少具有以下有益效果：在对缺口的表面进行冲击强化时，将会得到由表及里两方面的参数梯度变化特征，一是残余应力由压变拉再还原至零，二是晶粒尺寸由小变大至原构件晶粒度。这两项特征的参数梯度变化趋势均与后续3D打印所产生的梯度变化方向刚好相反，有利于得到较为均匀的应力分布和晶粒度，因此有利于提高损伤金属构件修复后的机械性能。

附图说明