[发明专利]一种汽轮机空心叶片的激光增材制造方法

说明书

本发明公开了一种汽轮机空心叶片的激光增材制造方法，属于汽轮机技术领域，包括如下步骤：将金属基板加工平整，擦拭除油，并预热；利用切片软件将空心叶片的几何模型分层处理为若干二维切片，获得各个分层截面的扫描数据并导入激光3D打印设备；采用气动送粉器将金属粉末送入同轴熔覆头中；调整半导体激光器功率为2000～5000W，激光束斑宽度为2～10mm，扫描速度为300～2000mm/min，搭接率为30～60％；在惰性气体保护下，在所述金属基板上进行逐层熔覆，直至完成整个叶片的增材制造；将制造后的叶片冷却至室温，去掉所述金属基板，即得到汽轮机空心叶片。本发明实现了薄壁、空心汽轮机叶片的激光增材快速制造。

技术领域

本发明属于汽轮机技术领域，尤其涉及一种汽轮机空心叶片的激光增材制造方法。

背景技术

汽轮机空心叶片因具有中空疏水结构而大幅提高了叶片的耐腐蚀性能、蒸汽效率，同时又因其质量轻、材料利用率高、成本低等优势而成为未来叶片的发展方向，广泛应用于各类超临界及超超临界汽轮机组。

汽轮机空心叶片由进汽边、内弧、背弧和出汽边四部分组成，叶片壁厚不均匀，内弧、背弧不同部位的弯曲程度不同，整体形状复杂，尺寸精度要求很高，因此汽轮机空心叶片制造技术是汽轮机的核心技术，目前主要采用焊接技术制造。

中国发明专利CN201110119108.9公开了一种汽轮机空心静叶的自动化焊接方法，采用焊接机器人联合熔化极气体保护焊焊接设备对汽轮机空心静叶的出汽边、进汽边进行摆弧工艺焊接，首先将空心静叶的内、背弧薄板装配到夹具上，焊接出气边的第一道摆弧焊缝，再进行进气边和出气边其他焊缝的摆弧焊接，制备空心叶片。

中国发明专利CN201310431142.9公开了一种汽轮机空心静叶片冷金属过渡三段焊接方法，采用冷金属过渡三段焊接方法，即点焊进气边，点焊出气边，冷却至室温后，再采用冷金属过渡方法全焊进气边，全焊出气边，而进气边背弧面焊缝和进气边内弧面焊缝采用三段式焊接，该方法目的是降低热输入量、降低残余应力和变形、提高焊件质量稳定性。

以上现有技术中，均采用焊接技术制备汽轮机空心叶片，但焊接技术本身存在着一定的技术瓶颈，首先对产品一致性要求极为苛刻，要求内、背弧薄板的加工成型精度极高，由于内、背弧薄板在冲压及坡口铣削过程容易存在较大的偏差，使得空心静叶在焊前的状态，如坡口几何尺寸焊接过程中会导致焊接渗透不足、坡口底部未熔合、焊缝不平整、甚至出现焊接空洞等焊接缺陷。而且焊接技术工艺极其复杂，需要多道焊接，热输入量大，残余应力大，导致叶片变形大，成品率降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种汽轮机空心叶片的激光增材制造方法，以解决传统焊接技术制造汽轮机空心叶片，易出现成型质量和焊接变形难以控制的技术问题，可用于汽轮机动、静空心叶片的快速制造。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种汽轮机空心叶片的激光增材制造方法，包括如下步骤：

(1)将金属基板加工平整，擦拭除油，并预热；

(2)利用切片软件将空心叶片的几何模型分层处理为若干二维切片，获得各个分层截面的扫描数据并导入激光3D打印设备；

(3)采用气动送粉器将金属粉末送入同轴熔覆头中，送粉量为10～50g/min；

(4)调整半导体激光器功率为2000～5000W，激光束斑宽度为2～10mm，扫描速度为300～2000mm/min，搭接率为30～60％；

(5)在惰性气体保护下，在所述金属基板上进行逐层熔覆，直至完成整个叶片的增材制造；

(6)将制造后的叶片冷却至室温，去掉所述金属基板，即得到所述的汽轮机空心叶片。

作为一种改进，所述金属粉末为Fe基、Ni基或Co基中的一种或多种金属粉末，粒度分布为20～150μm。