Al系合金盤件缺陷激光焊補修復方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及以鈦鋁金屬間化合物合金為材料鑄造成型缺陷修補領域，具體為一種鑄造Ti3Al系合金盤件缺陷激光焊補修復方法。
【背景技術】
[0002]T1-Al系金屬化合物，如:Ti3Al、TiAl等，具有密度低、強度高、高溫強度高、抗氧化性強和彈性模量高等優(yōu)點，對航空航天飛行器有重要意義，國內(nèi)外都在積極發(fā)展與應用。目前，Ti3Al系合金已用作高壓壓氣機機匣、高壓渦輪支撐環(huán)、導彈尾翼和燃燒室噴管密封片等，美國已批量生產(chǎn)，在我國Ti3Al系合金常溫塑性很低(僅有1?2%延伸率)一直是該合金件鑄造成型與熔焊連接關鍵困難問題。
[0003]Ti3Al系合金盤形件，如:上述高壓壓氣機機匣、高壓渦輪支撐環(huán)和本發(fā)明實施例所述的高壓壓氣機渦輪盤等，這些盤件尺寸較大，形狀結構較復雜，Ti3Al系合金又脆而難機加工成型，故目前采用鑄造+熱等靜壓(HIP)制造工藝。由于盤件不等壁厚并常突變，厚度差異較明顯與夾層結構等，導致鑄件經(jīng)常發(fā)生裂紋、氣孔、疏松、缺肉(尺寸不足)等不同形式缺陷，這些缺陷的存在不僅使HIP加工難以實施，而且直接影響盤件的使用性能與壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種鑄造Ti3Al系合金盤件缺陷激光焊補修復方法，解決低塑性Ti3Al系合金盤件鑄造生產(chǎn)的成品率問題。
[0005]本發(fā)明的技術方案是:
[0006]一種鑄造Ti3Al系合金盤件缺陷激光焊補修復方法，對鑄造的Ti3Al系合金盤件缺陷激光焊補修復，激光焊補修復過程是指:以Ti3Al系合金的絲、棒或粉末為焊補材料，采用聚焦激光束為熱源，將Ti3Al焊補材料直接熔焊沉積到處于一定預熱溫度下的Ti3Al系合金鑄造盤件上的某種缺陷已被清理除去的區(qū)域，在氬氣保護下激光束振蕩掃描熔焊直至完成整個缺陷區(qū)域的焊補，隨后輔以應力退火處理。
[0007]所述的鑄造Ti3Al系合金盤件缺陷激光焊補修復方法，鑄造Ti3Al系合金盤件的直徑為Φ100?φ 1000mm,從外緣到中心臺階式減薄,存在夾層結構,最薄處2mm,鑄造Ti3Al系合金盤件的鑄造缺陷為穿透性與未穿透性裂紋、疏松、氣孔、砂眼或缺肉。
[0008]所述的鑄造Ti3Al系合金盤件缺陷激光焊補修復方法，在修復前采用機械方法清理除去鑄造缺陷，隨后將盤件整體預熱到250°C?750°C，保溫0.5?4小時；盤件的整體預熱采用加熱爐或熱砂子或遠紅外加熱源。
[0009]所述的鑄造Ti3Al系合金盤件缺陷激光焊補修復方法，Ti3Al系合金盤件缺陷的焊補材料為Ti3Al系合金絲、棒或粉末，絲或棒為Ti3Al鑄塊線切割后經(jīng)機械打磨而制備，粉末為氬氣霧化制備，焊補材料與盤件在化學組成上完全相同或相近；在激光熔焊沉積過程中，Ti3Al系合金絲、棒或粉末的跟隨喂送方法為手動或自動。
[0010]所述的鑄造Ti3Al系合金盤件缺陷激光焊補修復方法，采用的聚焦激光束的焦距為100mm?600mm，聚焦方法為內(nèi)透鏡聚焦或外拋物鏡聚焦，激光波長為10.6 μ m或1.06μπι，平均光功率200w?6000w，光束擺動振幅為1.0mm?15mm，頻率0?10Hz，熔焊速度0.5mm/s?15mm/s,補焊區(qū)的500gf努氏顯微硬度HK為250?350MPa。
[0011]所述的鑄造Ti3Al系合金盤件缺陷激光焊補修復方法，盤件缺陷激光焊補好后，進行應力退火處理，在真空爐或保護氣氛爐中進行，爐溫700°C?1200°C，保溫時間為1小時?4小時，爐冷到室溫。
[0012]所述的鑄造Ti3Al系合金盤件缺陷激光焊補修復方法，按原子百分比計，鑄造盤件及修復用焊補材料的Ti3Al系合金的成份如下:A1 10?26 ；Nb 0?17 ；Mo0?2 ;V 0?4 ;Ti余量。
[0013]所述的鑄造Ti3Al系合金盤件缺陷激光焊補修復方法，Ti3Al系合金鑄造盤件鑄造缺陷激光熔焊Ti3Al焊補材料進行本體材料近等強度修復的修復加工過程為:⑴鑄造盤件噴砂清理一⑵對壁厚陡變處進行光整一⑶光整處滲透檢測一⑷清理缺陷區(qū)一(5)盤件工裝定位并預熱一(6)激光聚焦對中一(7)添加焊補材料激光輻照焊補一⑶修磨焊補區(qū)一(9)滲透+X光探傷一卿去應力熱處理一(11)修復區(qū)精加工一(12)熱等靜壓一(13)調(diào)質(zhì)熱處理。
[0014]本發(fā)明的設計思想是:
[0015]本發(fā)明對鑄造Ti3Al系合金盤件進行激光熔焊修補，以Ti3Al系合金絲、棒或粉末為焊補材料，用聚焦的激光束為熱源，將Ti3Al系合金焊補材料直接熔焊到處在一定預熱溫度下的Ti3Al系合金鑄造盤件上某種缺陷已清理除去的區(qū)域，激光束連續(xù)振動掃描熔焊直至完成整個缺陷區(qū)域修補。采用本發(fā)明使大而復雜結構的Ti3Al系合金盤件鑄造生產(chǎn)成品率提高和為該件服役維修提供保障，也可使Ti3Al系合金拼焊連接成型，尤其是鑄造制備大尺寸、變壁厚、復雜構型零部件如盤件的局域裂紋、疏松、縮孔、缺肉等缺陷區(qū)，采用激光熔焊本體材料修補可以有效解決低塑高脆性Ti3Al系合金盤件近等強度熔焊成型問題。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是:
[0017]Ti3Al系合金將以其高的比強度，高的抗氧化性與高溫力學性能等特征在航空航天飛行器等領域受到日益廣泛重視與創(chuàng)新應用，該合金常溫下不足的塑性與不易加工性問題也同樣受到廣泛關注，采用本發(fā)明Ti3Al系合金鑄造盤件缺陷激光焊補工藝方法，可以實現(xiàn)大而復雜結構Ti3Al系合金盤件鑄造成型生產(chǎn)，并且具備如下特點:
[0018](1)盤件無變形，按上述修復工藝過程之后無明顯焊補界線。
[0019](2)焊補區(qū)化學成份與基體一致，具有與基體一致的化學物理性能。
[0020](3)盤件可以方便地進行熱等靜壓致密化處理。
[0021](4)聚焦激光頭可以采用關節(jié)臂機械手操作，可自動控制，方便安全。
【具體實施方式】
[0022]在【具體實施方式】中，本發(fā)明鑄造Ti3Al系合金盤件缺陷激光焊補修復方法，對鑄造的Ti3Al系合金盤件缺陷激光焊補修復，激光焊補修復過程是指:以Ti3Al系合金的絲、棒或粉末為焊補材料，采用聚焦激光束為熱源，將Ti3Al焊補材料直接熔焊沉積到處于一定預熱溫度下的Ti3Al系合金鑄造盤件上的某種缺陷已被清理除去的區(qū)域，在氬氣保護下激光束振蕩掃描熔焊直至完成整個缺陷區(qū)域的焊補，隨后輔以應力退火處理。Ti3Al系合金鑄造盤件鑄造缺陷激光熔焊Ti3Al焊補材料進行本體材料近等強度修復的修復加工過程為:(1)鑄造盤件噴砂清理一⑵對壁厚陡變處進行光整一⑶光整處滲透檢測一⑷清理缺陷區(qū)一(5)盤件工裝定位并預熱一(6)激光聚焦對中一(7)添加焊補材料激光輻照焊補一⑶修磨焊補區(qū)—(9)滲透+X光探傷一(10)去應力熱處理一(11)修復區(qū)精加工一(12)熱等靜壓(HIP) —(13)調(diào)質(zhì)熱處理，其中:
[0023](1)鑄造Ti3Al系合金盤件的鑄造缺陷主要為穿透性與未穿透性裂紋、疏松、氣孔、砂眼或缺肉等，在修復前采用機械方法清理除去，隨后將盤件整體預熱到250°C?750°C，保溫0.5?4小時。盤件的整體預熱可以采用加熱爐，也可用熱砂子，也可以采用遠紅外等加熱源。
[0024](2)Ti3Al系合金盤件缺陷的焊補材料為Ti3Al系合金絲、棒或粉末，絲或棒為Ti3Al鑄塊線切割后經(jīng)機械打磨而制備，粉末為氬氣霧化制備，焊補材料與盤件在化學組成上完全相同或相近。在激光熔焊沉積過程中，Ti3Al系合金絲、棒或粉末的跟隨喂送方法為手動或自動。
[0025](3)采用的聚焦激光束的焦距為100mm?600mm，聚焦方法為內(nèi)透鏡聚焦或外拋物鏡聚焦，激光波長為10.6 μ m或1.06 μ m,平均光功率200w?6000w，光束擺動振