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一种TiAl铸件 铸造 缺陷的激光补焊方法

阅读：246发布：2020-05-13

专利汇可以提供一种TiAl铸件铸造缺陷的激光补焊方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于激光加工技术领域，涉及一种TiAl铸件铸造缺陷的激光补焊方法，主要用于TiAl铸件铸造缺陷的修复。本发明选用延展性优于基体的Ti2AlNb 金属粉末作为熔覆材料，采用合理的激光熔覆工艺参数，对TiAl铸造缺陷(裂纹、夹杂、缩松、欠铸)进行修复。修复部位几乎无变形，无裂纹、气孔、未熔合缺陷，形成了高质量的补焊接头。，下面是一种TiAl铸件铸造缺陷的激光补焊方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种TiAl铸件铸造缺陷的激光补焊方法，其特征在于：该方法的步骤是：
(1)制备熔覆材料，选择Ti2AlNb材料作为熔覆材料，采用离心制粉方式将Ti2AlNb材料制粉，粉末成分：Ti-22Al-25Nb-0.5Mo，粒度为150目～325目；
(2)修复前表面清理，打磨去除铸造缺陷，目视检查清理干净，并抛光表面，要求打磨面平整过度，最后用丙酮擦洗；
(3)采用履带式陶瓷加热带，将待补焊工件进行整体焊前预热，预热温度
750℃±50℃，根据工件大小选择合适的加热带和加热功率，将K偶置于待补焊工件上，用于控制和监测温度；
(4)激光熔覆，激光熔覆的工艺参数为：激光功率450～650W，光斑直径0.8～1.2mm，熔覆速率300～600mm/min，送粉速率1.5～3.5rpm，送粉气5～10L/min，保护气体15～
35L/min；采用多层熔覆完成，激光熔覆的单层厚度控制在0.3～0.5mm之间，在激光熔覆过程中，维持补焊位置温度在750℃±50℃，当补焊位置温度达到750℃时，激光熔覆恢复缺陷位置的尺寸，并留有≮0.5mm的加工余量；
(5)焊后缓冷，用石棉将补焊工件和加热带整体包裹，让工件自然降至室温；
(6)修复后测量，采用游标卡尺测量补焊部位，保证熔覆层留有≮0.5mm的加工余量；
(7)无损检测，采用荧光探伤方法，对激光熔覆层进行检查；要求无裂纹及未熔合缺陷；
(8)打磨加工，采用手工打磨的方式加工补焊区域，目视检查补焊位置与周围基体齐平。
2.根据权利要求1所述的一种TiAl铸件铸造缺陷的激光补焊方法，其特征在于：所述的修复前表面清理，采用手持电枪打磨去除铸造缺陷，并用钢丝轮抛光被补焊表面。

说明书全文

一种TiAl铸件铸造 缺陷的激光补焊方法

技术领域

[0001] 本发明属于激光加工技术领域，涉及一种TiAl铸件铸造缺陷的激光补焊方法，主要用于TiAl铸件铸造缺陷的修复。

背景技术

[0002] 为了提高航空发动机的推重比，需要重点突破发动机部件的结构设计、材料、成型工艺等方面的关键技术。实现发动机的减重是提高发动机推重比的重要途径之一，因此，轻质、耐高温材料成为先进航空发动机的优良选材，其中以Ti-Al为基的合金在高温结构材料应用领域具有极大的应用前景，是部分替代高温合金的首选材料。TiAl基合金作为3
Ti-Al基合金的一种，目前已经进入成熟应用阶段，该合金具有密度较低(约3.8g/cm)、比强度和比刚度高等优点，且工作温度可达800℃，将在高推重比航空发动机上得到广泛应用。由于TiAl基合金塑韧性非常差、成形难度大等缺点的存在，不可避免会导致其铸件在制备过程中出现裂纹、夹杂、缩松等铸造缺陷，需要采用补焊措施修复零件缺陷。目前较为可行的补焊方法是采用氩弧焊。采用氩弧焊直接补焊时，由于氩弧焊热输入大，填充焊料与基体的熔合比大，焊后引起的残余应力较大，补焊位置不可避免地均会出现焊接裂纹，要实现成功补焊，TiAl铸件须进行焊前预热，焊时保温，且预热温度达800℃以上，并需要焊后缓冷(随炉冷却)，这样对预热工装要求较高，尤为重要的是焊接时的高温危及焊工安全。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提出一种，焊后引起的残余应力小，补焊位置不易出现焊接裂纹的TiAl铸件铸造缺陷的激光补焊方法。

[0004] 本发明技术方案的具体内容是：

[0005] 该方法的步骤是：

[0006] (1)制备熔覆材料，选择Ti2AlNb材料作为熔覆材料，采用离心制粉方式将Ti2AlNb材料制粉，粉末成分：Ti-22Al-25Nb-0.5Mo，粒度为150目～325目；

[0007] (2)修复前表面清理，打磨去除铸造缺陷，目视检查清理干净，并抛光表面，要求打磨面平整过度，最后用丙酮擦洗；

[0008] (3)采用履带式陶瓷加热带，将待补焊工件进行整体焊前预热，预热温度750℃±50℃，根据工件大小选择合适的加热带和加热功率，将K偶置于待补焊工件上，用于控制和监测温度；

[0009] (4)激光熔覆，当补焊位置温度达到750℃时，采用激光填加粉末熔覆方法恢复缺陷位置的尺寸，并留有≮0.5mm的加工余量。激光熔覆的工艺参数为：激光功率450～650W，光斑直径0.8～1.2mm，熔覆速率300～600mm/min，送粉速率1.5～3.5rpm，送粉气
5～10L/min，保护气体15～35L/min。激光熔覆的单层厚度控制在0.3～0.5mm之间，采用多层熔覆完成。在激光熔覆过程中，维持补焊位置温度在750℃±50℃。

[0010] (5)焊后缓冷，用石棉将补焊工件和加热带整体包裹，让工件自然降至室温；

[0011] (6)修复后测量，采用游标卡尺测量补焊部位，保证熔覆层留有≮0.5mm的加工余量；

[0012] (7)无损检测，采用荧光探伤方法，对激光熔覆层进行检查；要求无裂纹及未熔合缺陷；

[0013] (8)打磨加工，采用手工打磨的方式加工补焊区域，目视检查补焊位置与周围基体齐平。

[0014] 所述的修复前表面清理，采用手持电枪打磨去除铸造缺陷，并用钢丝轮抛光被补焊表面。

[0015] 本发明具有的优点和有益效果

[0016] 本发明采用激光熔覆技术进行TiAl铸件铸造缺陷的补焊，激光熔覆与普通焊接方法相比有以下优势：激光束的能量密度高，加热速度快，对基材的热影响较小，可将基材的稀释作用限制在极低的程度，可小于0.1mm，焊后产生的残余应力小，引起工件的变形小；熔覆层的厚度范围较大，单道送粉一次熔覆厚度0.1～2.0mm；通过填加不同粉末，能显著改善基体材料表面的耐蚀、耐磨、耐热、抗氧化性能。

[0017] 基于激光熔覆技术的优势，本发明在补焊前期，采用Ti2AlNb材料作为激光熔覆材料，在TiAl基体上进行了激光熔覆补焊，分析补焊位置表面缺陷情况，得出：焊前进行预热，预热温度750℃下，填充Ti2AlNb材料时，补焊位置未出现包括裂纹在内的任何缺陷。对接头进行室温和750℃高温拉伸测试，强度分别为372MPa(母材强度的91.5％)和437MPa(母材强度的95.3％)，补焊强度完全能达到TiAl铸件的补焊强度指标要求。

[0018] 因此选用Ti2AlNb作为补焊材料，焊前预热750℃，采用激光熔覆技术进行TiAl铸件的补焊。该专利技术可直接用于我国高推重比发动机TiAl铸件(如高压压气机叶片、涡流器等)的研制，相应的研究结果将填补国内空白，为具有高推重比发动机的研制提供技术储备。具体实施方式：

[0019] 以下将结合实例对本发明技术方案作进一步详述：

[0020] 根据待修复铸件在发动机上的安装部位，分析需修复部位的受力状况和铸造缺陷情况，确认部件材料成分，制造工艺和结构组成，明确需要选择的熔覆材料，通过以上分析和确认，实施以下具体步骤：

[0021] (1)制备熔覆材料，选择延展性优于TiAl的Ti2AlNb材料，采用离心制粉方式制粉，粉末成分：Ti-22Al-25Nb-0.5Mo，粒度为150目～325目。

[0022] (2)修复前表面清理。采用手持电枪打磨去除裂纹、夹杂等铸造缺陷，目视检查清理干净，并用钢丝轮抛光表面，要求打磨面尽可能平整过度，最后用丙酮擦洗。

[0023] (3)采用履带式陶瓷加热带，从待补焊工件进行整体焊前预热，预热温度750℃±50℃，根据工件大小选择合适的加热带和加热功率，将K偶置于待补焊工件上，用于控制和监测温度。

[0024] (4)激光熔覆。当补焊位置温度达到750℃时，采用激光填加粉末熔覆方法恢复缺陷位置的尺寸，并留有≮0.5mm的加工余量。激光熔覆的工艺参数为：激光功率450～650W，光斑直径0.8～1.2mm，熔覆速率300～600mm/min，送粉速率1.5～3.5rpm，送粉气

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