用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复方法

1.本公开涉及增材制造技术领域，具体而言，涉及一种用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复方法。


背景技术：

2.涡轮叶片是航空发动机等设备的核心部件，涡轮叶片在工作过程中需要承受高温、高压等复杂的工作环境，涡轮叶片的寿命决定了发动机的使用周期。镍基单晶合金由于其良好的机械性能已被应用于制作涡轮叶片，以提高涡轮叶片的使用寿命。
3.镍基单晶高温合金涡轮叶片在工作过程中会出现磨损、裂纹等问题，尤其是涡轮叶片叶顶，更加容易出现损伤。通常可采用激光熔覆修复技术对涡轮叶片叶顶进行修复，但由于叶片叶顶具有复杂的结构外形，导致采用激光熔覆修复镍基单晶高温合金涡轮叶片会产生修复缺陷，影响叶片的性能。
4.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

5.本公开的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复方法，克服了涡轮叶片叶顶在修复过程中产生的修复缺陷，提高修复部位的强度。
6.本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
7.根据本公开的一个方面，提供了一种用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复方法，该方法包括：
8.提供一待修复试验件，所述试验件为涡轮叶片叶顶，所述试验件由镍基单晶高温合金制成；
9.将所述试验件固定于磁场发生装置中，所述磁场发生装置对所述试验件输出磁场；
10.对所述试验件的修复区域输送预制金属粉末，并通过激光在所述试验件的修复区域形成熔池；
11.根据所述修复区域的熔池内的对流强度，改变所述磁场发生装置对所述试验件输出的磁场梯度，以通过所述预制金属粉末在所述试验件的修复区域上形成修复部，所述修复部具有与所述试验件同向的单晶结构体。
12.在本公开的一些实施例中，基于前述方案，所述方法还包括：
13.根据厚度参数确定所述试验件的不同区域，所述试验件的不同区域形成的修复区域的熔池内具有不同的对流强度。
14.在本公开的一些实施例中，基于前述方案，所述磁场发生装置包括相对设置的多
个方向调节部和多个电磁线圈，所述电磁线圈与所述方向条件部一一对应连接，所述方向调节部带动所述电磁线圈进行方向调节。
15.在本公开的一些实施例中，基于前述方案，改变所述磁场发生装置对所述试验件输出的磁场梯度，所述方法包括：
16.通过所述方向调节部改变所述电磁线圈的方向，以改变所述磁场发生装置对所述试验件输出的磁场梯度。
17.在本公开的一些实施例中，基于前述方案，所述方向调节部包括由无磁材料制成的安装部，所述安装部用于安装所述电磁线圈。
18.在本公开的一些实施例中，基于前述方案，将所述试验件固定于磁场发生装置中之后，所述方法还包括：
19.设置修复工艺参数；
20.所述修复工艺参数包括：激光功率为400w～600w，激光扫描速度4mm/s～6mm/s，激光光斑直径0.5mm～1mm，送粉速率2g/min～5g/min，激光扫描方向为垂直于所述磁场发生装置产生的磁场方向。
21.在本公开的一些实施例中，基于前述方案，对所述试验件的修复区域输送预制金属粉末，所述方法包括：
22.对所述预制金属粉末进行干燥处理；
23.在氩气保护环境下，通过与所述激光同轴的送粉头将所述预制金属粉末输送至所述熔池内。
24.在本公开的一些实施例中，基于前述方案，所述预制金属粉末与所述试验件具有相同的成分。
25.在本公开的一些实施例中，基于前述方案，所述预制金属粉末与所述试验件具有相同的成分。
26.在本公开的一些实施例中，基于前述方案，在所述试验件的修复区域上形成修复部之后，所述方法还包括：
27.对修复后的所述试验件进行固溶时效处理，以使所述修复部的强度与所述试验件的强度一致。
28.本公开提供的用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复方法，根据待修复试验件的修复区域的熔池内的对流强度，改变施加在试验件上的磁场梯度，从而抑制修复区域熔池中的对流强度，有利于修复区域熔池中的单晶合金的生长，从而保证了修复部位具有良好的晶体结构，提高了激光熔覆方法对镍基单晶高温合金涡轮叶片的修复质量。
29.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
30.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本公开示例性实施例中的一种用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复方法的流程示意图。
32.图2为本公开示例性实施例中的一种待修复试验件上施加的磁场梯度的示意图。
33.图3为本公开示例性实施例中的一种用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复装置的结构示意图。
34.图4为本公开示例性实施例中的一种待修复试验件的结构示意图。
35.图5为本公开示例性实施例中的图4中a部分的一种温度梯度示意图。
36.图6为本公开示例性实施例中的图4中a部分的另一种一种温度梯度示意图。
具体实施方式
37.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。
38.虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
39.用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
40.利用激光熔覆技术通过高功率激光熔化输送金属粉末，在激光熔覆头和待修复试件的配合运动下，通过逐层堆积修复材料，形成了修复材料与待修复试件的良好结合。但在镍基单晶合金激光熔覆过程中，由于在熔池内部会产生马兰戈尼对流(marangoni convection)，马兰戈尼对流会扰动熔池内部的流场，使得修复材料中会产生杂晶，例如等轴晶，杂晶与单晶会形成晶界，使得修复部位产生薄弱环节，造成修复材料的强度、抗疲劳度等机械性能下降，甚至会在修复区域引起裂纹的产生。
41.在相关技术中，发明人提供了一种电磁辅助直接激光沉积镍基高温合金-钛合金功能梯度材料的方法，将电磁搅拌装置附加在激光加工头上，解决了在成形过程中材料出现的韧性下降、开裂等问题。发明人还提供了一种用于激光增材制造涡轮叶片的磁场可控调节装置，使熔池内部磁场强度相等，以确保叶片具有均匀的组织成分。但上述装置所加载的磁场均为交变磁场，会破碎柱状晶，而促进等轴晶的生长，因此不适用于镍基单晶高温合金。发明人还提供了一种磁场辅助消除单晶高温合金修复过程中热裂的方法，通过施加横向稳恒磁场，有效抑制热裂纹的产生。但是其不能调节各处的磁场强度以抑制不同程度的马兰戈尼(marangoni)对流，形成的修复部的强度较低。
42.对于上述电磁辅助激光熔覆修复装置以及方法中，对试件施加单一值的磁场值，以通过激光熔覆技术修复试件的待修复区域的不足之处，本公开提出了一种用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复方法，该方法可以对待修复试件试件施加具有磁场梯度的磁场，调整施加于修复区域的磁场值，有效的抑制修复区域熔池内部的马兰戈尼(marangoni)对流，抑制修复部位杂晶的生长，提高修复质量。
43.本公开实施方式提供了一种用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复方法，如图1所示，该方法包括：
44.s10：提供一待修复试验件，试验件为涡轮叶片叶顶，试验件由镍基单晶高温合金制成；
45.s20：将试验件固定于磁场发生装置中，磁场发生装置对试验件输出磁场；
46.s30：对试验件的修复区域输送预制金属粉末，并通过激光在试验件的修复区域形成熔池；
47.s40：根据修复区域的熔池内的对流强度，改变磁场发生装置对试验件输出的磁场梯度，以保证预制金属粉末在试验件的修复区域上形成修复部，修复部具有与试验件同向的单晶结构体。
48.本公开提供的用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复方法，根据待修复试验件的修复区域的熔池内的对流强度，改变磁场发生装置对试验件输出的磁场梯度，以通过预制金属粉末在试验件的修复区域上形成修复部，且修复部具有与试验件同向的单晶结构体。可以有效抑制修复区域熔池内的马兰戈尼对流强度，进而抑制修复部位内杂晶的产生，提高了修复部位的机械性能，进而提高了对试验件的修复质量。
49.其中，在步骤s10中，提供一待修复试验件10，试验件10为涡轮叶片叶顶，试验件10由镍基单晶高温合金制成。
50.如图2所示，在本公开中，待修复试验件10可以为镍基单晶高温合金制成的涡轮叶片叶顶，在涡轮叶片叶顶，由于叶顶部位的结构特征较为复杂，在对叶片叶顶的损伤修复时具有较高难度。其中，试验件10不同区域位置可以根据试验件10的厚度值的变化或者厚度梯度的变化情况进行划分。对于涡轮叶片，叶身位置的厚度梯度变化较小，叶顶位置处的厚度梯度变化较大，且叶身承受外力较叶顶位置较为均匀，因此，叶片的叶顶是磨损、裂纹等较易发生的位置。本公开提供的实施例以涡轮叶片的叶顶为例进行说明。
51.待修复试验件10由镍基单晶高温合金制成，可以根据厚度参数确定试验件10的不同区域，且试验件10的不同区域形成的修复区域的熔池内具有不同的对流强度。试验件10的不同区域具有不同的厚度参数，即试验件10可以具有厚度梯度，试验件10在不同的区域位置处具有不同的厚度值。
52.在本公开提供的实施例中，试验件10的厚度参数与修复区域熔池内的对流强度可以呈映射关系。在对试验件10进行修复前，可以对试验件10进行仿真试验或者数值分析，以得到试验件10的厚度参数与修复区域熔池内对流强度之间的关系。例如，试验件10厚度值较大的区域为修复区域时，且此修复区域形成的熔池内的对流强度较大，厚度参数与对流强度成正比例关系；或试验件10厚度值较小的区域为修复区域时，且此修复区域形成的熔池内的对流强度较大，厚度参数与对流强度成反比例关系。或根据厚度参数和其它影响因素的结合，与熔池内对流强度之间的关系均在本公开的保护范围内。
53.当然，试验件10修复区域熔池内的对流强度也可以与试验件的其它几何特征相关联，例如，修复区域熔池内的对流强度可以与试验件结构的曲率变化相关联，可以通过仿真试验或者数据分析等手段进行相关分析，此处不做具体陈述，但并不说明本公开提供的对流强度仅与试验件的厚度参数、曲率参数等参数相关，本公开对此不做具体限定。
54.另外，在对试验件进行修复前，可以针对影响修复区域内对流强度的因素进行仿真模拟或数据分析，例如，可以通过数值模拟的方法得到激光熔覆修复过程中的温度场的分布和变化规律，根据马兰戈尼(marangoni)对流强度计算方法：
[0055][0056][0057]
在上述公式中：ma为马兰戈尼对流强度；δγ为相对于温度的表面张力梯度；l0为熔池特征长度；α为热扩散率；μ为动态黏度；m为原子质量；k为玻尔兹曼常数；t为温度；γ为表面张力。
[0058]
根据上述公式可以看出，修复区域熔池中的马兰戈尼(marangoni)对流强度与多种因素有关，进一步的，表面张力、熔池特征长度、热扩散率、黏度都是温度的函数，因此，在采用激光熔覆方法修复具有复杂结构形式的镍基单晶高温合金涡轮叶片叶顶时，熔池中的马兰戈尼(marangoni)对流强度随叶片叶顶部位的变化可通过温度场计算得到。即温度越高，动态黏度越大，而马兰戈尼对流强度越强，可以通过分析温度场来改变施加于修复区域的磁场梯度，以抑制马兰戈尼对流。
[0059]
以图4所示的待修复试验件为例，在一实施例中，图4中a部分所对应的温度梯度仿真试验得到的温度梯度如图5所示，若待修复试验件的a部分的结构尺寸较大，可以根据试验件的结构尺寸对试验件进行划分，以避免不同部位的修复区域内的对流之间发生干扰，影响修复效果例如，可以对试验件进行多次修复，如将修复步骤分为a1、a2、a3三步，并且a1、a2、a3修复区域的边界是相互连接的，以使得在先修复的区域内的温度较在后修复区域的温度低，避免温度场的叠加导致对流强度的变化。当然，上述修复次数可以为多次，实施例中仅给出三步，但在实际应用中，可以根据具体的修复部位进行步骤数量上的选择。
[0060]
在另一实施例中，图4中a部分所对应的温度梯度仿真试验得到的温度梯度如图5所示，若待修复试验件的a部分的结构尺寸较小，试验件修复区域内的温度场不会形成干扰，为了修复步骤上的简化，可以仅通过一次修复以形成修复部，例如，仅通过a1对试验件进行修复。
[0061]
需要说明的是，上述两个实施例中对修复步骤数量上的选择以及修复区域的划分均可根据实际需要进行选择，并不具有绝对的划分界线，本公开对此不做具体限定。
[0062]
制作试验件10的镍基单晶高温合金可以是第2代单晶高温合金pwa1484、cmsx-4、dd6、rene n5，第3代单晶高温合金cmsx-10、cmsx-11、rene n6，第4代单晶合金rr3010等中的一种或多种。
[0063]
在对试验件10进行修复前，需要对试验件10进行预处理，预处理方法包括：
[0064]
s101：对试验件10的修复区域进行磨抛处理，以使修复区域表面平整化；
[0065]
s102：采用预制试剂对修复区域的表面进行清洗处理，以保证修复区域表面的清
洁度和干燥度。
[0066]
其中，对试验件10的修复区域可采用600-800#的砂纸进行磨抛，使得修复区域表面平整化，且划痕均匀一致。采用预制试剂对修复区域表面进行清洗处理，具体的，可采用丙酮和酒精对磨抛后的修复区域表面进行清洗和擦拭，并风干试验件10，以保证试验件10的修复区域表面的清洁度和干燥度。
[0067]
在步骤s20中，将试验件10固定于磁场发生装置20中，磁场发生装置20对试验件10输出磁场。
[0068]
在本公开提供的实施例中，将待修复试验件10固定于磁场发生装置20中，磁场发生装置20可对试验件10输出磁场。如图3所示，磁场发生装置20包括相对设置的多个方向调节部210和多个电磁线圈220，方向调节部210与电磁线圈220一一对应连接，方向调节部210带动电磁线圈220进行方向调节。
[0069]
其中，方向调节部210具有由无磁材料制成的安装部211，安装部211用于安装电磁线圈220。例如，安装部211可以为无磁材料制成的半圆壳，电磁线圈220可以安装于半圆壳内，且半圆壳的开口相对设置，以保证电磁线圈220相对设置。
[0070]
方向调节部210还可以包括万向调节阀212，将安装部211连接于万向调节阀212上，可以通过万向调节阀212对安装部211的开口方向进行调节，进而调整电磁线圈220的相对位置，以改变电磁线圈220产生的磁场方向。
[0071]
方向调节部210还可以包括连接杆213和底座214，万向调节阀212安装在连接杆213的一端，底座214固定连接杆213的另一端。连接杆213可以为鹅颈管或其它具有同等作用的管状结构。底座214为可移动底座214，在电磁线圈220安装于方向调节部210上后，可以通过移动底座214，调整电磁线圈220与试验件10的相对距离，以调整电磁线圈220施加在试验件10上的磁场大小。
[0072]
磁场发生装置20还包括控制部30，控制部30连接在方向调节部210上，控制部30可以为电磁线圈220通入电流，以使电磁线圈220产生磁场。另一方面，控制部30还可以控制方向调节部210进行方向调节，例如，控制部30可控制方向调节部210相对于试验件10进行上下方向的摆动，或控制部30可控制方向调节部210相对于试验件10进行前后方向的转动。上述控制部30控制方向调节部210在方向上的改变可以改变电磁线圈220产生的磁场方向，以改变多个电磁线圈220之间的叠加磁场的方向。
[0073]
通过方向调节部210改变电磁线圈220的方向，以改变磁场发生装置20对试验件10输出的磁场梯度。通过改变施加于电磁线圈220上的电流大小可以改变磁场的强度，通过改变电磁线圈220的方向可以改变电磁线圈220的磁场方向，通过两者的控制，可以改变施加在试验件10上的磁场强度以及磁场梯度，以保证施加在试验件10上的磁场可以有效抑制熔池内部的对流现象。
[0074]
试验件10固定于磁场发生装置20上，具体的，试验件10可以固定于多个电磁线圈220产生的磁场的中，使得多个电磁线圈220产生的磁场可以有效的施加在试验件10的修复区域上。此外，可以通过改变试验件10在磁场中的位置改变施加在试验件10上的磁场强度。
[0075]
本公开提供的实施例中，方向调节部210以及电磁线圈220的数量可以为两个，两个方向调节部210相对设置，两个电磁线圈220相对设置。两个方向调节部210中各个部件的尺寸可以相等或者不等，但为了便于操作和安装，通常选用两个方向调节部210中的各个部
件的尺寸相等且相对应设置。
[0076]
方向调节部210和电磁线圈220的数量可以为两个以上的数量，多个电磁线圈220均匀分布在试验件10的周向位置上，并且每个电磁线圈220安装于一个方向调节部210上。根据电磁线圈220的数量，调整通入电磁线圈220的电流以及电磁线圈220的方向，可以调节施加在试验件10上的磁场强度和磁场梯度。
[0077]
电磁线圈220可以是圆环形电磁线圈，也可以是矩形电磁线圈，或其它形状的具有产生磁场的电磁线圈均适用于本公开。
[0078]
本公开提供的磁场发生装置20，可以产生具有梯度的磁场，且可以调节施加于试验件10修复区域上的磁场强度以及磁场方向，在对试验件10进行修复时，可以根据试验件10的厚度参数进行磁场的调节。
[0079]
在步骤s30中，对试验件10的修复区域输送预制金属粉末，并通过激光在试验件10的修复区域形成熔池。
[0080]
在试验件10固定于磁场发生装置20上后，对试验件10的修复区域输送预制金属粉末，并通过激光在试验件10的修复区域形成熔池。在试验件10的修复区域的相对位置上设置有送粉头40，送粉头40用于对试验件10的修复区域输送预制金属粉末，并且送粉头40的送粉方向与激光源同轴。
[0081]
在送粉头40将预制金属粉末送至试验件10的修复区域内后，通过激光在试验件10的修复区域内产生熔池，送粉头40将预制金属粉末逐步输送至熔池中，通过逐层堆积成型的方式，在修复区域形成修复部。
[0082]
其中，对试验件10的修复区域输送预制金属粉末，包括：
[0083]
s201：对预制金属粉末进行干燥处理；
[0084]
s202：在氩气保护环境下，通过与激光同轴的送粉头40将预制金属粉末输送至熔池内。
[0085]
预制金属粉末与试验件10具有相同的成分，具体的，预制金属粉末可以是包括粒度为53μm(微米)～150μm(微米)的球形单晶高温合金金属粉末。预制金属粉末可以通过真空气雾化(viga)法或等离子旋转电极(prep)法，将金属粉末至于100℃(摄氏度)～140℃(摄氏度)真空环境中烘干2h(小时)～6h(小时)，以消除金属粉末中含有的水汽，使预制金属粉末达到预设的干燥度，其中，预设干燥度可以根据实际工艺的需求选定。
[0086]
在氩气保护环境下，通过与激光同轴的送粉头40将预制金属粉末输送至熔池中。其中，氩气的体积比纯度不低于99.999％。
[0087]
在对试验件10的修复区域输送预制金属粉末之前，需要对修复工艺参数进行设置，修复工艺参数包括：激光功率为400w(瓦)～600w(瓦)，激光扫描速度4mm/s(毫米每秒)～6mm/s(毫米每秒)，激光光斑直径0.5mm(毫米)～1mm(毫米)，送粉速率2g/min(克每分钟)～5g/min(克每分钟)，激光扫描方向为垂直于所述磁场发生装置20产生的磁场方向。此外，修复工艺参数还包括：搭接率25％～40％，层间抬升量0.4mm(毫米)～0.5mm(毫米)。上述各个修复工艺参数可以根据实际工艺情况进行不同的组合，形成的修复部均可以达到强度和质量要求。
[0088]
其中，在步骤s40中，根据修复区域的熔池内的对流强度，改变磁场发生装置20对试验件10输出的磁场梯度，以保证预制金属粉末在试验件10的修复区域上形成修复部，修
复部具有与试验件10同向的单晶结构体。
[0089]
试验件10在不同区域上具有不同的厚度参数，不同的厚度参数对熔池内的马兰戈尼对流产生不同的影响，在修复进行前，可以通过仿真模拟以及数据分析等方法建立试验件10的厚度参数与熔池内对流强度之间的关系，示例性的，在熔池内部马兰戈尼对流较为剧烈，由于马兰戈尼对流的干扰，在修复区域形成的杂晶数量较多，导致修复部的强度等机械性能较差。在熔池内，马兰戈尼对流较为轻微，在修复区域形成的杂晶数量较少，修复部的强度等机械性能较好。
[0090]
基于马兰戈尼对流对不同厚度参数的修复区域内形成的修复部的影响，磁场发生装置20通过提供具有梯度的磁场，以产生洛伦兹力，用于驱动熔池中的溶体流动，减弱马兰戈尼对流，抑制杂晶的生长。
[0091]
在本公开提供的一实施例中，参照图2所示，图2示出了试验件10不同区域上的修复区域内施加的磁场梯度，可以看出，在试验件10上的厚度参数变化较大的修复区域上，施加的磁场梯度变化较大，即磁场较为密集；在试验件10上的厚度参数变化较平缓的修复区域上，施加的磁场梯度变化较小，即磁场较为稀疏。即在厚度参数变化较大时，在修复此区域时，产生的熔池内部的对流强度较强，在抑制对流时，需要施加较大的磁场，在厚度参数变化较小时，在修复此区域时，产生的熔池内部的对流强度较弱，在抑制对流时，需要施加较小的磁场，因此，在对试验件不同区域进行修复时，可以施加不同强度的磁场以抑制熔池内对流，形成具有梯度的磁场。
[0092]
在本公开提供的实施例中，以电磁线圈220的数量为两个进行说明，两个相对设置的电磁线圈220产生大小相等且方向相反的两个磁场，在两个磁场的叠加区域上磁场值为零，在远离磁场叠加区域的位置上，磁场是具有梯度的，且越靠近电磁线圈220处的磁场越强。根据试验件10的修复区域的厚度参数，可以将试验件10设置于两个电磁线圈220之间的不同位置处，例如，若试验件10的修复区域厚度较厚，可以将试验件10设置在靠近电磁线圈220的位置处，以为试验件10提供较大的磁场强度，用以抑制熔池内部较强的对流；若试验件10的修复区域厚度较薄，可以将试验件10设置在远离电磁线圈220且靠近磁场叠加的位置处，以为试验件10提供较小的磁场强度，由于熔池内的对流强度较小，无需施加较大的磁场即可抑制对流对单晶体生长的影响。
[0093]
在本公开一实施例中，由于两个电磁线圈220的方向和位置均可以改变，可以根据实际工艺需要设定电磁线圈220间的距离以及电磁线圈220的朝向。在本公开另一实施例中，也可以将试验件10设置于可移动的底板上，通过移动试验件10改变试验件10与电磁线圈220的相对位置，使试验件10位于磁场的不同位置处。此外，还可以通过改变通入电磁线圈220内的电流强度来改变磁场，以使得两个电磁线圈220之间的磁场梯度发生变化。上述三种方式可以单独使用来改变施加于试验件10上的磁场，也可以通过多种方式组合的形式。而具体所需磁场的强度以及磁场梯度可以根据实际修复需求进行改变。
[0094]
上述具有梯度的磁场可以是有两个相对设置的电磁线圈220叠加产生的，也可以是多个电磁线圈220产生的磁场叠加形成的，多个电磁线圈220可以均布于试验件10的周向位置上，每个电磁线圈220产生的磁场强度可以相同或者不同。但需要保证多个电磁线圈220叠加的磁场方向垂直于激光扫描的方向，以使得磁场在熔池中可以产生对抗马兰戈尼对流的力，减弱马兰戈尼对流对修复部晶体中单晶生长的影响。
[0095]
通过预制金属粉末在试验件10的修复区域形成修复部，且修复部具有与试验件10同向的单晶结构体。修复部具有单晶结构体，可以保证修复部位具有较好的机械性能，如较大的强度和较好的抗疲劳度，并且由于修复部具有的单晶结构，其内部不易产生裂纹，提高了试验件10的修复质量。
[0096]
在试验件10的修复区域形成修复部后，需要对试验件10进行后处理，后处理包括：对修复后的试验件10进行固溶时效处理，以使修复部的强度与试验件10的强度一致。对试验件10的修复部进行固溶时效热处理参数可以根据带待修复试验件10以及修复部的材料以及工艺需求进行选择。
[0097]
本公开提供的用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复方法，根据待修复试验件10的修复区域熔池内的对流强度，改变磁场发生装置20对试验件10输出的磁场梯度，以通过预制金属粉末在试验件10的修复区域上形成修复部，且修复部具有与试验件10同向的单晶结构体。通过对待修复试验件10施加具有磁场梯度的磁场，改变施加在修复区域的磁场，以有效的抑制修复区域熔池内的马兰戈尼对流，进而抑制修复部位内杂晶的产生，提高了修改部位的机械性能，进而提高了对试验件10的修复质量。
[0098]
需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
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本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

技术特征：
1.一种用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复方法，其特征在于，包括：提供一待修复试验件，所述试验件为涡轮叶片叶顶，所述试验件由镍基单晶高温合金制成；将所述试验件固定于磁场发生装置中，所述磁场发生装置对所述试验件输出磁场；对所述试验件的修复区域输送预制金属粉末，并通过激光在所述试验件的修复区域形成熔池；根据所述修复区域的熔池内的对流强度，改变所述磁场发生装置对所述试验件输出的磁场梯度，以通过所述预制金属粉末在所述试验件的修复区域上形成修复部，所述修复部具有与所述试验件同向的单晶结构体。2.根据权利要求1所述的用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复方法，其特征在于，所述方法还包括：根据厚度参数确定所述试验件的不同区域，所述试验件的不同区域形成的修复区域的熔池内具有不同的对流强度。3.根据权利要求1所述的用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复方法，其特征在于，所述磁场发生装置包括相对设置的多个方向调节部和多个电磁线圈，所述电磁线圈与所述方向条件部一一对应连接，所述方向调节部带动所述电磁线圈进行方向调节。4.根据权利要求3所述的用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复方法，其特征在于，改变所述磁场发生装置对所述试验件输出的磁场梯度，所述方法包括：通过所述方向调节部改变所述电磁线圈的方向，以改变所述磁场发生装置对所述试验件输出的磁场梯度。5.根据权利要求4所述的用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复方法，其特征在于，所述方向调节部包括由无磁材料制成的安装部，所述安装部用于安装所述电磁线圈。6.根据权利要求1所述的用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复方法，其特征在于，将所述试验件固定于磁场发生装置中之后，所述方法还包括：设置修复工艺参数；所述修复工艺参数包括：激光功率为400w～600w，激光扫描速度4mm/s～6mm/s，激光光斑直径0.5mm～1mm，送粉速率2g/min～5g/min，激光扫描方向为垂直于所述磁场发生装置产生的磁场方向。7.根据权利要求1所述的用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复方法，其特征在于，对所述试验件的修复区域输送预制金属粉末，所述方法包括：对所述预制金属粉末进行干燥处理；在氩气保护环境下，通过与所述激光同轴的送粉头将所述预制金属粉末输送至所述熔池内。8.根据权利要求7所述的用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复方法，其特征在于，所述预制金属粉末与所述试验件具有相同的成分。9.根据权利要求8所述的用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复方法，其特征在于，所述预制金属粉末包括粒度为53μm～150μm的球形单晶高温合金金属粉末。10.根据权利要求1所述的用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复方法，其特征在于，在所述试验件的修复区域上形成修复部之后，所述方法还包括：
对修复后的所述试验件进行固溶时效处理，以使所述修复部的强度与所述试验件的强度一致。

技术总结
一种用于涡轮叶片叶顶的电磁辅助激光熔覆修复方法，涉及增材制造技术领域，该方法包括：待修复试验件为涡轮叶片叶顶，试验件由镍基单晶高温合金制成；将试验件固定于磁场发生装置中，磁场发生装置对试验件输出磁场；对试验件的修复区域输送预制金属粉末，并通过激光在试验件的修复区域形成熔池；根据修复区域的熔池内的对流强度，改变磁场发生装置对试验件输出的磁场梯度，以通过预制金属粉末在试验件的修复区域上形成修复部，修复部具有与试验件同向的单晶结构体。该方法通过改变施加于试验件上的磁场梯度以抑制修复区域熔池内的对流强度，使得形成的修复部为单晶结构，且晶体取向与原涡轮叶片叶顶的晶体取向相同，进而提高了修复部强度。了修复部强度。了修复部强度。


技术研发人员：李磊 郭婧怡 曾延 韩晨 魏佳佳 杨未柱 岳珠峰
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/7/25