[发明专利]一种钛合金阀杆激光增材修复方法

说明书

本发明一种钛合金阀杆激光增材修复方法，通过前期钛合金粉末激光增材单道工艺实验，优化参数进行多道多层激光增材实验，对熔覆层金相观察，获得最佳工艺参数；在钛合金基板上进行钛合金的性能测试样块的激光增材制造打印，并完成性能测试，评估试验结果，确定修复工艺；对待修复区域进行拍照记录，完成表面清理；对钛合金阀杆进行精确装夹，端部顶针锁紧；采用激光同轴送粉的增材修复损伤区域留有加工余量，扫描路径为螺旋前进，起始点位置左右端交替且相差顺时针转动，控制工件温升；采用荧光检测，按照图纸要求机械加工恢复尺寸，交付并使用。本发明通过优化激光增材工艺参数和扫描路径策略，确保钛合金阀杆在寿命期内安全使用的要求。

技术领域

本发明涉及激光增材制造技术领域，具体的说是一种钛合金阀杆激光增材修复方法。

背景技术

美国材料试验协会(ASTM)将增材制造(AM)定义为“连接材料以从三维模型数据制作物体的过程，通常是逐层进行的，与减法制造方法论相反。“快速成型(RP)和快速制造(RM)是AM技术的两个广泛接受的同义词。在过去的20年里，AM已经从用于RP的三维(3D)打印机发展到可以不使用工具直接创建零件的复杂RM。事实上，它最近已经进入一个成熟的成长阶段。AM在成本、速度、可靠性和准确性方面与传统制造技术相当，有时优于传统制造技术。

激光增材修复是一种以高功率激光为热源的AM技术。用惰性气体或机械方法将粉末、金属丝或带材送至激光聚焦处，然后沿特定扫描路径逐层熔化和沉积原材料。目前，LMD工艺主要用于表面熔覆，近净形RM和激光修复。该工艺具有成本低、数字化、易加工、热影响区小、变形小、对加工材料适应性强、环境友好等优点。

钛合金阀门适用于所有腐蚀行业，在化工管路，天然气，油管等多种行业广泛应用。采用钛阀门可以大大提高管路安全，降低后期维护成本。钛阀门主要分为阀体、阀盖、阀瓣、阀杆几个部分。阀杆的材质有：TA1、TA2、TA10、TC4等。阀门在长期使用过程中，阀杆会出现腐蚀现象，更严重的会出现断裂，因此需对腐蚀处进行维修。

发明内容

本发明的目的在于解决钛合金粉末和基体零件激光增材修复过程中经历高能激光束的长期周期性剧烈加热，热累积效应在零件内部产生很大、极其复杂的热应力、组织应力和机械约束力及其强烈非稳态交互作用和应力集中，导致零件出现塌陷、变形甚至开裂等情况，同时钛合金在熔融状态下具有很高的活性和在高温下具有高氧化和氮化倾向，提供合适的激光增材工艺参数和扫描路径成为增材制造和修复过程中保证合金性能的关键一环。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种钛合金阀杆激光增材修复方法，包括以下步骤：

步骤一：通过前期钛合金粉末激光增材单道工艺实验，优化出2-3组合适参数进行多道多层激光增材实验，对熔覆层进行金相观察，获得最佳工艺参数；

步骤二：在修复钛合金阀杆前，在钛合金基板上进行钛合金性能测试样块的激光增材制造，并完成拉伸、冲击及疲劳性能的测试，评估试验结果，确定最终激光熔覆修复工艺；

步骤三：对钛合金阀杆待修复区域进行拍照记录，并完成表面的机械清理；

步骤四：对钛合金阀杆进行精确装夹，跳动控制在0.1mm，端部顶针锁紧；

步骤五：采用激光同轴送粉的增材修复钛合金阀杆表面损伤区域留有0.3-0.5mm的加工余量，起始点位置左右端交替且相差顺时针转动90°，控制工件温升防止氧化；

步骤六：采用荧光检测，无裂纹、未熔合等线性缺陷，按照图纸要求机械加工恢复尺寸，最终完成交付并使用。

进一步的，所述步骤一中钛合金粉末为球形粉末，粉末粒径53-106微米，粉末使用前需真空烘干箱，150℃，烘干30-90min。