[发明专利]超大型金属结构的复合制造方法

说明书

本发明公开了一种超大型金属结构的复合制造方法，包括如下步骤，1）分体件加工，将所要制造的所述超大型金属结构划分为多个分体件分别进行成型加工；2）坡口加工，在每个所述分体件上进行坡口将以实现所要相互连接的分体件上的坡口整体形成“X”形坡口；3）增材连接，采用金属粉末进行激光增材连接，以将所述多个分体件连接为超大型金属结构；4）局部热处理，采用局部热处理装置对超大型金属结构进行局部热处理。本发明通过新型的X型连接坡口设计方式，解决连接区与基材性能的差异以及连接区高的热应力；设计了局部热处理装置以及局部热处理方法，在保证连接区域的性能需要的情况下，最大限度降低了对框架其他部位的影响。

技术领域

本发明涉及金属结构制造的技术领域，尤其是涉及一种例如飞机整体框架等超大型金属结构件的复合制造方法。

背景技术

飞机后机身主要由中央舱和左、右舱两大部分组成，其横向承力构件有若干个框组成，其中整体框作为后机身重要的承力加强框之一，对机体稳定性有十分重要的影响。

整体框又分别由外侧框段、上框段、下框段三部分构成，由于整体框结构十分复杂、加工工艺性差且体积很大，制造难度极大，普通的机床难以整体加工，而将外侧框段、上框段以及下框段分别锻造或铸造后，又存在连接难度较大，接口处性能较差的问题，难以满足航空航天工业的要求。

激光增材制造技术即快速成型技术，利用“离散+堆积+叠层”的原理，在零件CAD三维实体模型切片数据的基础上，通过计算机编程控制高功率激光熔化同步输送的金属粉末，并且在基材表面熔化部分材料，两者混合形成熔池，激光束扫过后熔池发生快速凝固，从而沉积在已凝固基材上，逐层堆积，最终得到三维零件。该技术能实现大型复杂结构致密金属零件的快速、无模具近净成形。该技术也可用于连接零件，相较于焊接，其有以下优点：(1)可将入热量降到很低，热影响区范围小，热传导所导致的变形少；(2)不需使用电极,没有电极污染；(3)激光束易于聚焦、对准，可放置在离工件适当之距离，且可在工件周围的机具或障碍间工作；(4)易于以自动化进行高速焊接，受电脑控制；(5)连接薄材或细径线材时，不会像电弧焊接有回熔的问题；(6)不受磁场所影响，能精确的连接零件。

因此增材制造技术的出现，为整体框的连接提供了一种新的思路，有望为飞机整体框的制备提出一种更为可靠、周期更短的方法。

发明内容

本发明利用激光增材制造技术，提供一种超大型金属结构的复合制造方法，目的是解决大型金属结构例如飞机的整体框的连接问题，具体技术方案如下。

一种超大型金属结构的复合制造方法，其特征在于：包括如下步骤，

1）分体件加工，将所要制造的所述超大型金属结构划分为多个分体件分别进行成型加工；

2）坡口加工，在每个所述分体件上进行坡口将以实现所要相互连接的分体件上的坡口整体形成“X”形坡口；

3）增材连接，采用金属粉末进行激光增材连接，以将所述多个分体件连接为超大型金属结构；

4）局部热处理，采用局部热处理装置对超大型金属结构进行局部热处理。

进一步优选的，所述“X”型坡口的角度为55-75°。

进一步优选的，所述分体件连接区在成型加工时增厚至90mm以上，并在局部热处理后经机加工减薄至合适尺寸。

进一步优选的，所述激光增材连接采用长焦激光头，结合加长送粉管以伸入“X”型坡口进行送粉，所述加长送粉管自长焦激光头底部延伸出15-25mm。

进一步优选的，所述激光增材连接采用双向扫描工艺。

进一步优选的，所述激光增材连接的工艺参数为，激光功率1500-1800W、扫描速度7-8mm/s和送粉速度70-80g/min。