一种铺粉态铝合金复杂构件激光沉积连接区气孔及缺陷控制方法

1.本发明涉及铝合金激光连接的缺陷控制技术领域，具体涉及一种铺粉态铝合金复杂构件激光沉积连接区气孔及缺陷控制方法。


背景技术：

2.随着20世纪60年代激光概念的引入，激光技术与自动化生产紧密的结合在一起，激光增材技术也随之产生。激光增材制造技术作为一种新型的高柔性技术，在制备复杂空腔结构方面有着其独特的优势，目前增材制造技术，在钛合金、不锈钢、高温合金等材料领域已经实现了较大程度的应用，并且激光增材技术在零件修复方面也有着独特的优势。激光选区熔化技术作为金属增材制造技术的一种，其原理是先通过专用软件将待成形零件的三维模型切片分层后，利用高能激光束按照每层切片的图形数据逐层选择性地熔化金属粉末。然后通过逐层铺粉、熔化凝固堆积的方式制造出实体零件。该技术在航空航天领域精密复杂结构件的制造中极具发展潜力，它突破了传统制造技术成本高、周期长、精度低等问题，可更加灵活地实现功能-结构-材料一体化。
3.近年来，激光选区熔化技术的快速发展为新型铝合金构件的制造提供了新途径。该技术生产制造的铝合金以其强度高、耐腐蚀性好、流动性好等特点越来越受到人们的重视，被广泛应用于航空航天领域。然而，该技术受到粉床尺寸的限制，无法制造出大型结构件，导致其在工程上始终无法得到大规模应用。已有学者采用电子束焊、搅拌摩擦焊、tig焊和激光焊成功地将铺粉态铝合金连接在一起，但以上连接技术均受到零件几何形状和尺寸的限制。
4.激光沉积连接技术作为一种新兴的先进连接技术，具有热输入低、能够连接复杂几何形状和较大尺寸的零件等优势。随着该技术在铺粉态铝合金制件连接上的尝试与应用，使得铺粉态铝合金制件突破了生产尺寸的限制，成为复合增材制造中的关键一环。进行铺粉态铝合金复杂构件激光沉积连接区气孔及缺陷控制方法就显得尤为迫切和重要。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种铺粉态铝合金复杂构件激光沉积连接区气孔及缺陷控制方法，该方法采用特定的基材预热装置，并通过该装置进行了预热试验，当预热温度为100℃时，激光沉积连接区气孔及缺陷显著减少，提高了连接强度和质量。
6.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
7.一种铺粉态铝合金复杂构件激光沉积连接区气孔及缺陷控制方法，该方法采用基材预热装置进行，对预热装置进行布置后进行预热试验，并确定最佳的预热温度值，进而控制激光沉积连接区气孔及缺陷。
8.所述基板预热装置包括温度监控仪、零件夹具、k型热电偶和不锈钢板。
9.预热装置布置方式如下：
10.将k型温控热电偶均匀的埋在不锈钢板中，用以对不锈钢板加热，加热到设定温度之后，热电偶自动断电停止加热。使用零件夹具将待连接零件固定在不锈钢板上，并在零件与不锈钢板之间均匀涂抹一层导热硅脂，导热硅脂作为传热介质，有效将不锈钢板中的热量传递到基材上。在零件与不锈钢板之间放入温度监控仪探头，用来实时监测基材温度。
11.所述预热试验过程如下：
12.设计预热试验，将待连接零件加热到不同的温度值，观察显微组织并测量力学性能，得到气孔及缺陷最少时的温度即为最佳预热温度值。
13.在激光沉积连接前对基板预热的温度设定范围为50-200℃，对不同温度下预热后的试样观察微观组织并检测力学性能，选取气孔及缺陷最少的为最佳预热温度。
14.本发明的优点和有益效果如下：
15.本发明设计了一套基材预热装置在连接前对基材预热，并通过该预热装置得到最优的预热温度值。该预热装置由温度监控仪、零件夹具、k型热电偶、不锈钢板等关键部件构成。该预热装置可以将基材均匀地加热到设定温度值，并能监测基材的实时温度。通过该预热装置试验出基材最优的预热温度值，在该最优的预热温度值下进行零件激光沉积连接，从而细化组织，减少连接区气孔及缺陷，显著提高显微硬度及抗拉强度。
附图说明
16.图1为预热装置安放原理图。
17.图2为预热试验流程图。
具体实施方式
18.下面结合附图对本发明详述：
19.本发明预热装置安放原理图如图1所示，由温度监控仪、零件夹具、k型热电偶、不锈钢板关键部件构成。将k型温控热电偶均匀的埋在不锈钢板中，用以对不锈钢板加热，加热到设定温度之后，热电偶自动断电停止加热。使用零件夹具将待连接零件固定在不锈钢板上，并在零件与不锈钢板之间均匀涂抹一层导热硅脂，导热硅脂作为传热介质，有效将不锈钢板中的热量传递到基材上。在零件与不锈钢板之间放入温度监控仪探头，用来实时监测基材温度。
20.表1预热温度参数表
21.序号t1t2t3t4预热温度50℃100℃150℃200℃
22.待预热装置布置完成后，进行最佳预热温度试验，流程如图2所示，选择的4次实验参数如表1所示。对预热后的试样观察显微组织，测量气孔率、显微硬度及抗拉强度，并与未预热的试样做对比。结果发现：对基材预热能细化组织，减少连接区气孔及缺陷，显著提高显微硬度及抗拉强度。且当预热温度为100℃时，连接区气孔记缺陷控制最佳。


技术特征：
1.一种铺粉态铝合金复杂构件激光沉积连接区气孔及缺陷控制方法，其特征在于：该方法是在激光沉积连接前对基材预热，对预热装置进行布置后进行预热试验，并确定最佳的预热温度值，进而控制激光沉积连接区气孔及缺陷。2.根据权利要求1所述的铺粉态铝合金复杂构件激光沉积连接区气孔及缺陷控制方法，其特征在于：所述基板预热装置包括温度监控仪、零件夹具、k型热电偶和不锈钢板。3.根据权利要求2所述的铺粉态铝合金复杂构件激光沉积连接区气孔及缺陷控制方法，其特征在于：所述预热装置布置方式如下：将k型温控热电偶埋在不锈钢板中，用以对不锈钢板加热，加热到基板设定温度之后，热电偶自动断电停止加热；使用零件夹具将待连接零件固定在不锈钢板上，并在零件与不锈钢板之间均匀涂抹一层导热硅脂，导热硅脂作为传热介质，能够有效将不锈钢板中的热量传递到基材上；在零件与不锈钢板之间放入温度监控仪探头，用来实时监测基材温度。4.根据权利要求1所述的铺粉态铝合金复杂构件激光沉积连接区气孔及缺陷控制方法，其特征在于：所述预热试验过程为：设计预热试验，将待连接零件加热到不同的温度值，观察显微组织并测量力学性能，得到气孔及缺陷最少时的温度即为最佳预热温度值。5.根据权利要求4所述的铺粉态铝合金复杂构件激光沉积连接区气孔及缺陷控制方法，其特征在于：在激光沉积连接前对基板预热的温度设定范围为50-200℃，对不同温度下预热后的试样观察微观组织并检测力学性能，选取气孔及缺陷最少的为最佳预热温度。

技术总结
本发明公开了一种铺粉态铝合金复杂构件激光沉积连接区气孔及缺陷控制方法，属于铝合金激光连接的缺陷控制技术领域。该方法采用预热装置进行，预热装置由温度监控仪、零件夹具、K型热电偶、不锈钢板等关键部件构成。该预热装置可以将基材均匀地加热到设定温度值，并能监测基材的实时温度。通过该预热装置试验出基材最优的预热温度值，从而细化组织，减少连接区气孔及缺陷，显著提高显微硬度及抗拉强度。该缺陷控制方法，在激光沉积连接铺粉态铝合金构件方面有很大的应用前景。件方面有很大的应用前景。件方面有很大的应用前景。


技术研发人员：赵宇辉 赵吉宾 付继康 王志国 何振丰 贺晨
受保护的技术使用者：中国科学院沈阳自动化研究所
技术研发日：2021.12.29
技术公布日：2023/7/13