專利名稱：一種超聲輔助激光修復鈦合金的方法
技術領域：
本發明涉及一種激光修復鈦合金的方法，特別是一種超聲輔助激光修復鈦合金的方法，屬于材料成形領域。
背景技術：
:二十世紀70年代誕生了激光修復工藝的核心技術——激光熔覆技術，80年代得到了迅猛發展。由于這種工藝具有操作簡便，無污染以及能夠縮短生產周期，材料利用率高，特別適合修復復雜結構的難加工金屬零件等優點，因此廣泛應用在基于鈦合金等難加工材料的航空、航天、船舶等領域。鈦合金加工生產工藝復雜，生產過程中產生大量殘鈦，用鈦材制造零件，不僅再次產生大量殘鈦，而且加工、制造難度較大，耗費工時和能量多。對于已損壞的壓縮機葉片、盤及靜態零件等航空發動機部件，若是重新制造的話，機加工切削量高達85%，換句話說，原料的利用率只有鍛件的15%，這樣使得鈦制部件的制造成本大大提高，阻礙了其更為廣泛的應用。激光修復工藝應用到鈦合金制件的再修復中，一方面，使得已損壞件能夠被快速修好，在滿足使用要求的前提下，投入生產；另一方面，避免因為損壞程度小而廢棄，造成浪費；此外，利用此工藝還變向的延長了零件的使用壽命。但是，激光修復工藝修復的零件的修復區晶粒粗大，枝晶偏析嚴重，而且由于修復過程中內部過熱造成后期變形嚴重，嚴重影響了修復件的質量和使用性能。發明內容:針對上述現有技術的不足，本發明提供了一種可解決鈦合金激光沉積修復件修復層的組織晶粒粗大，殘余應力大的問題的超聲輔助激光修復鈦合金的方法。為實現上述目的，本發明采用的技術方案是:一種超聲輔助激光修復鈦合金的方法，其具體步驟如下:(I)將待修復件表面進行打磨拋光處理，去掉氧化層直到露出光亮的金屬光澤為止;(2)在進行激光修復的同時，采用超聲波發生裝置作用在激光修復的熔池內，使熔池的振幅為7-12微米；(3)利用功率為2000W的超聲波推動沖擊變幅桿以每秒二萬次以上的頻率沖擊激光修復區域的表面進行去應力處理，變幅桿的振幅在100微米以上。優選的，所述的超聲波發生裝置為超聲波換能器，其頻率為17千赫-23千赫。工作原理:1、組織細化的機理:(I)空化現象:存在液體中的微氣核空化泡在超聲波的振動作用下，當聲壓達到一定值時便會生長和崩潰，產生的沖擊波可以破碎合金熔體中的枝狀晶粒，從而形核率增多，達到細化晶粒的目的。(2)聲流攪拌理論:高能超聲在熔體中傳播時，振幅衰減使液體從振源處開始形成一定的聲壓梯度，導致液體流動，當聲壓幅值超過一定數值時，在液體內部會形成一個流體的噴射，從而形成聲流。在聲流的作用下，結晶長大的枝狀晶粒被打碎，抑制晶粒的長大，從而使得晶粒細化。 這兩種理論共同抑制了晶粒的長大，增大了形核率，打碎了枝狀晶粒，從而細化了晶粒。2、應力釋放機理:超聲波去除應力是利用變幅桿推動沖擊針工具頭高速前沖。沖擊針沖擊工件后，能量向修復層傳遞，使修復區的表面層內的殘余拉伸應力變為壓應力，以達到消除內應力的作用。沖擊頭受工件的反作用后回彈，碰到高頻振動的變幅桿后，再次受到激發，又一次高速度撞向修復層，如此反復多次，完成沖擊作業。本發明超聲設備操作簡單，無污染，能夠順利應用到激光沉積修復工藝中去，柔性化程度高。而且明顯改善了修復層組織，顯著提高修復件質量，修復層中晶粒明顯細化，組織更加均勻；修復層與基材之間連接過渡自然，實現了冶金結合狀態；修復件的質量穩定，無殘余應力，不變形開裂。
:圖1是實施例1的工作示意圖。圖2是超聲波振動·去除應力的工作示意圖。圖3是實施例2的工作示意圖。圖4是實施例3的工作示意圖。圖5是未施加超聲振動的修復層內部組織晶粒效果圖。圖6是施加超聲振動的修復層內部組織晶粒效果圖。
具體實施方式
:實施例1一種超聲輔助激光修復鈦合金的方法，其具體步驟如下:1、將待修復工件表面進行打磨拋光處理，去掉氧化層直到露出光亮的金屬光澤為止;2、將處理過的待修復工件件放置在工作臺上，定位并夾緊；3、如圖1所示:本實施方式中超聲是從待修復件的下方引入的。工件3的上端為激光熔敷修復裝置，所述的激光熔敷修復裝置包括激光器6，聚焦鏡1，送粉器7，同軸送粉噴嘴2和保護氣裝置8。激光器6和聚焦鏡I平行設置，同軸送粉噴嘴2設在聚焦鏡I的下端。送粉器7與同軸送粉噴嘴2連接。保護氣裝置8設置在同軸送粉噴嘴2的下端。激光熔敷修復裝置對工件3表面的受損部位進行激光修復，與超聲波換能器9連接的變幅桿4作用在工件3的下面，使熔池的振幅為7-12微米。圖中5為工件和變幅桿上的振動波形。所述超聲波換能器頻率為19.56千赫。4、如圖2所示:超聲波振動去除應力則利用功率為2000W的超聲波推動沖擊變幅桿(振幅在100微米以上)以每秒二萬次以上的頻率沖擊修復件修復區域的表面，由于超聲波的高頻、高效和聚焦下的大能量，使修復區表層產生較大的壓塑性變形；同時超聲沖擊波改變了原有的應力場，產生一定數值的壓應力，使超聲沖擊部位得以強化，從而釋放應力。實施例2如圖3所示:本實施例中超聲是從待修復件的斜上方引入的。1、將待修復件表面進行打磨拋光處理，去掉氧化層直到露出光亮的金屬光澤為止;2、將處理過的待修復件放置在工作臺上，定位并夾緊；3、采用5KW C02橫流激光器，氬氣作為保護氣，在真空箱內進行激光修復，并且在修復過程中，將超聲波施加到熔池中，所述超聲波通過懸空在激光束一側的超聲波發生裝置產生，傾斜角度a為45度，超聲波通過陶瓷傳振桿直接傳至熔池。超聲波頻率20000Hz，功率2.2W,即完成超聲輔助激光修復。其中激光修復工藝參數:激光功率選取1700W，送粉率0.7g/min,掃描速度6mm/s,分層厚度0.3mm。4、去除應力過程同實施例1。
實施例3如圖4所示:本實施例與實施例2不同的是，步驟3中超聲波是通過空氣直接傳至熔池(超聲波發生器不接觸熔池)，其他工藝參數和步驟與實施例2相同。如圖5和圖6所示:經超聲處理后使組織形核率增加，境界被打碎，晶粒細化，組織分布更均勻。
權利要求
1.一種超聲輔助激光修復鈦合金的方法，其具體步驟如下: (1)將待修復件表面進行打磨拋光處理，去掉氧化層直到露出光亮的金屬光澤為止； (2)在進行激光修復的同時，采用超聲波發生裝置作用在激光修復的熔池內，使熔池的振幅為7-12微米； (3)利用功率為2000W的超聲波推動沖擊變幅桿以每秒二萬次以上的頻率沖擊激光修復區域的表面進行去應力處理，變幅桿的振幅在100微米以上。
2.如權利要求1所述的一種超聲輔助激光修復鈦合金的方法，其特征在于:所述的超聲波發生裝置為超聲波換能 器，其頻率為17千赫-23千赫。
全文摘要
一種超聲輔助激光修復鈦合金的方法，其具體步驟如下(1)將待修復件表面進行打磨拋光處理，去掉氧化層直到露出光亮的金屬光澤為止；(2)在進行激光修復的同時，采用超聲波發生裝置作用在激光修復的熔池內，使熔池的振幅為7-12微米；(3)利用功率為2000W的超聲波推動沖擊變幅桿以每秒二萬次以上的頻率沖擊激光修復區域的表面進行去應力處理，變幅桿的振幅在100微米以上。本發明超聲設備操作簡單，無污染，能夠順利應用到激光沉積修復工藝中去，柔性化程度高。而且明顯改善了修復層組織，顯著提高修復件質量，修復層中晶粒明顯細化，組織更加均勻；修復層與基材之間連接過渡自然，實現了冶金結合狀態；修復件的質量穩定，無殘余應力，不變形開裂。
文檔編號C23C24/10GK103114286SQ20131006196
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月27日 優先權日2013年2月27日
發明者楊光, 王維, 郭鵬飛, 欽蘭云 申請人:沈陽航空航天大學