CN117051395A - 钛合金承力框构件激光熔覆成形控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料加工制造领域，提出一种钛合金承力框构件激光熔覆成形控制方法。设计各分块子件的物理分离面、各工艺界面的圆角状态、各工艺余量尺寸、腹板成形空间位置以及热处理工装，进行分块子件成形；对成形后的分块子件设计分块子件间连接的坡口形式与连接方法；对分块子件进行激光熔覆连接，进行连接成形。本发明采用先分块成形再最后连接，有效降低构件的变形量，采用同种工艺连接，提升连接处与构件基体冶金组织性能的一致性；采用咬合式制造工装，提高工装与构件的接触面积，提升构件尺寸的制造精度；通过枪头角度调节、层间温度控制以及成形外形形状缺陷的补偿提升了成形过程的稳定性与一致性，实现了构件品质的整体提升。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工制造领域，尤其涉及一种钛合金承力框构件激光熔覆成形控制方法。
背景技术
随着航空飞行器对轻量化、长寿命的要求越来越高，大型化整体化制造技术取消了装配连接，减少了零件数量，降低了构件的质量；同时减少了构件制造的物理分离面，提升了构件的整体性，提高了构件的使用性能，延长了构件的寿命。激光熔覆成形技术是以高能激光为热源，金属合金粉末为填充材料，激光与合金同步作用与金属表面快速熔化形成熔池，然后快速凝固形成致密的、厚度可控、组织均匀的冶金结合层，熔覆过程采用高纯氩气进行粉末输送及同轴保护，以避免成形过程中熔池被氧化。其作为复杂构件的成形技术，具有成形构件整体性好、组织一致性高，且对构件外形适应性好的特点，已经在航空大型构件的制造中得到了应用。然而，钛合金激光熔覆成形在充氩箱中进行，成形过程中适应性调整困难，容易引起飞溅污染枪头，降低成形过程的稳定性，影响成形质量；钛合金激光熔覆构件基体多次受热，内部存在较大且不均匀的热应力，会导致产生熔覆层开裂和基体变形问题。随着构件尺寸逐渐增大，该问题会更加突出，因此在大型钛合金构件成形过程中，需对成形各工序工艺、控制措施以及工装设计等方面进行合理设计，进而减少缺陷的产生，实现零件生产过程可控，实现成形构件的合格交付使用。
发明内容
针对上述提出的钛合金承力框构件激光熔覆成形过程不稳定以及变形控制难的问题，本发明提出一种钛合金承力框构件激光熔覆成形控制方法，通过在初始阶段、过程控制适时调整校正成形枪头的角度，改善飞溅对成形枪头的污染程度，提升成形过程稳定性，提高成形构件的质量；优化设计各工艺界面的倒圆角状态，改善成形过程应力集中程度，降低成形过程开裂风险；合理设计构件的成形分离面，分块制造最后激光熔覆连接，分散应力到各分块子件，并及时热处理去应力，改善构件成形的变形状态，提升构件成形精度与冶金性能的一致性；采用随形咬合式的热处理专用工装，全型面控制校形提升构件尺寸精度；合理设计连接坡口形式及连接工艺，控制连接变形，实现激光熔覆成形质量提升与变形控制。
本发明的技术方案如下：一种钛合金承力框构件激光熔覆成形控制方法，设计各分块子件的物理分离面、各工艺界面的圆角状态、各工艺余量尺寸、腹板成形空间位置以及热处理工装，进行分块子件成形；对成形后的分块子件设计分块子件间连接的坡口形式与连接方法；对分块子件进行激光熔覆连接，进行连接成形；
所述分块子件成形包括步骤如下：
步骤1.1：根据分块子件S1、S2、S3……的腹板要求激光熔覆成形为对应的腹板B1、B2、B3……；熔覆成形过程中对腹板去应力退火；
步骤1.2：在热处理工装G1上固定腹板，并以腹板为基础激光熔覆成形一侧加强筋A1；
步骤1.3：加强筋A1连同热处理工装G1去应力退火；
步骤1.4：在完成加强筋A1成形的腹板一侧安装热处理工装G2，并拆卸热处理工装G1，在腹板另一侧激光熔覆成形加强筋A2；
步骤1.5：加强筋A2连同热处理工装G2去应力退火；
步骤1.6：拆除热处理工装G2，将成形的毛坯子件进行粗加工去余量；
所述连接成形包括步骤如下：
步骤2.1：各分块子件根据坡口形式设计处理为待连接件，安装到连接工装；
步骤2.2：基于设置的连接方法，采用激光熔覆成形完成分块子件连接，得到整体构件；
步骤2.3：整体构件双重退火，进行整体加工净成形。
所述热处理工装G1和热处理工装G2的表面分别对应腹板的上表面和下表面；热处理工装G1和热处理工装G2上设置凸起与凹陷，与腹板咬合。
所述连接工装包括凸台、固定支座、调节螺栓和法向调节螺栓；固定支座一端底部固定凸台，一端顶部固定固定螺栓；固定支座另一端上分别安装两个调节螺栓和两个法向调节螺栓；调节螺栓间以及法向调节螺栓间的轴向方向相反；固定螺栓顶紧一分块子件，确保分块子件与固定支座无间隙、无倾斜；调整两个调节螺栓，确保该分块子件内侧与另一分块子件的倒角位置无阶差；调整两个法向调节螺栓，确保另一分块子件外侧与分块子件的倒角位置无阶差。
所述分块子件的物理分离面确定规则如下依次进行后，依次标注各分块子件为S1、S2、S3……：
规则1：沿原构件最长方向分割原构件，完成分割的分块子件沿原构件最长方向尺寸不大于1000 mm；
规则2：物理分离面的截面尺寸为所有待选物理分离面截面尺寸最小的部分；
规则3：等分分割；
当规则3与规则1和规则2无法同时满足时，仅满足规则1与规则2。
所述各工艺界面的圆角状态采用倒圆角处理；各工艺界面以及沿生长方向上缩颈位置与扩颈位置进行倒圆角设计，各工艺界面处倒圆角半径设置不小于20mm的倒角，缩颈位置、扩颈位置的倒圆角半径设置不低于10mm的倒角。
所述工艺余量尺寸确定如下：
各分块子件成形时腹板厚度H1余量不小于理论厚度h1的10倍，加强筋的高度余量H2与理论加强筋高度h2的关系按公式(1)计算；腹板余量H3距加强筋外边缘轮廓不小于75mm；
H2≥h2(1+1/6) (1)。
所述腹板成形空间位置摆放原则为首先保证腹板生长方向与零件成形下表面夹角不大于30度，其次选择腹板最小截面为底面；所述底面与基板贴合。
所述坡口形式与连接方法具体为：连接区坡口为非对称X型坡口，分为深度不同的浅侧坡口和深侧坡口，其中浅侧坡口深度与深侧坡口深度呈1:2；分块子件对接位置为半径2mm的倒角；
采用激光熔覆成形在所述深侧坡口填充合金粉末，当填充至深侧坡口的1/2厚度时，翻转连接工装继续激光熔覆成形，在浅侧坡口填充合金材料至与腹板平齐，再翻转连接工装在深侧坡口填充至与腹板齐平；填充深侧坡口加强筋部位与加强筋上表面齐平，翻转分块子件的连接工装填充浅侧坡口加强筋部位直至与加强筋上表面齐平。
所述激光熔覆成形包括激光枪头的空间姿态调节、层间温度控制以及成形外形缺陷补偿控制，所述激光枪头的空间姿态调节为激光枪头的工作高度符合成形工艺要求的同时其轴线与垂直方向呈3°～8°的倾角；所述层间温度控制是沿生长方向上同一部位，当上一层温度不大于200℃时，继续熔覆成形；所述成形外形缺陷补偿为在熔覆成形过程中，当已经成形的部分出现下塌且目视低于其他部位高度大于10 mm时，对塌陷部位进行单区域激光熔覆补偿至高度差目视不大于5 mm。
所述单区域激光熔覆补偿的补偿次数不大于3次，在规定次数时达不到高度补偿效果，则该次不再进行补偿，待后续完成2次全型面的激光熔覆成形后，再对该下塌部位进行补偿至所需高度。
本发明的有益效果：
（1）采用先分块成形再最后连接的工艺，将大型尺寸构件一体化制造的应力累积分配到各子件制造中，有效降低构件的变形量，同时采用同种工艺连接，提升了连接处与构件基体冶金组织性能的一致性；
（2）采用咬合式制造工装，提高了工装与构件的接触面积，提升了构件尺寸的制造精度；
（3）通过枪头角度调节、层间温度控制以及成形外形形状缺陷的补偿等措施有效的提升了成形过程的稳定性与一致性，实现了构件品质的整体提升。
附图说明
图1为承力框构件示意图；
图2为腹板制造示意图；
图3为腹板固定示意图；
图4为咬合式工装示意图；
图5为坡口示意图；
图6为连接夹持示意图。
图中：1为分割面a；2为分割面b；3为构件左段；4为构件右段；5为构件中段；6为腹板；7为倒角a；8为倒角b；9为固定孔；10为咬合式工装；11为构件；12为浅侧高度；13为深侧高度；14为连接工装；15为凸台；16为固定螺栓；17为固定支座；18为调节螺栓a；19为调节螺栓b；20为法向调节螺栓a；21为法向调节螺栓b。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
钛合金承力框构件激光熔覆成形控制方法，采用分块制造最后激光熔覆连接的工艺，通过合理设计各分块子件的物理分离面、各工艺界面的圆角状态、各工艺余量尺寸、腹板成形空间位置以及热处理工装形式，优化连接的坡口形式与连接方法，改善成形构件的变形状态；对分块子件进行激光熔覆连接，借助连接工装进行连接成形；通过激光成形枪头角度适时调整以及不良成形面适时修补，提高熔覆过程的稳定性，提升成形质量。
将拟制承力框构件沿物理分离面分割成分块子件，并对各分块子件的各工艺面进行倒圆角处理、工艺余量确定以及各分块子件腹板激光熔覆成形摆放位置规划，采用激光熔覆成形工艺及配套工艺按照设计工艺工序完成各分块子件制造，并采用激光熔覆连接工艺及配套工艺按照设计工艺工序完成最终构件的连接制造；
进一步地分块子件物理分离面沿原构件最长方向将构件等分分割，可以避免大尺寸构件一体成形时构件基体长时间多次受热，产生较大且不均匀的热应力，导致构件严重变形或开裂，其优选完成分割的分块子件沿原构件长度方向尺寸不大于1000 mm，且分割部位优选构件尺寸较小的部位，当等分分割无法满足优选构件尺寸较小的部位，以优选构件尺寸较小的部位为优先级，依次标注各分块子件为S1、S2、S3……；
进一步地工艺界面倒圆角处理是为了在分块制造基础上进一步优化成形过程的应力集中状态，避免成形过程应力集中引起的开裂，需将各工艺面以及沿生长方向上缩颈与扩颈位置进行倒圆角设计，其中各工艺面处圆角半径设置不小于20mm的倒角，缩颈、扩颈的位置倒圆角半径设置不低于10mm倒角；
进一步地工艺余量确定是为了补偿分块子件激光熔覆成形时多次受热引起的变形，以及后续构件表面加工时的去除余量，各分块子件成形时腹板厚度H1余量为不小于理论厚度h1的10倍，加强筋的高度余量H2余量与理论加强筋高度h2的关系按公式(1)计算，腹板制造需考虑后续腹板为基板制造加强筋时腹板的夹持余量，腹板余量H3距加强筋外边缘轮廓不小于75 mm，如果腹板余量太大板型的整体刚度降低，则后续加强筋制造时易引起板面鼓包影响产品质量，如果腹板余量太小，则后续加强筋制造时被夹持量不足，成形过程失稳；
H2≥h2(1+1/6) (1)。
进一步地腹板成形空间位置摆放原则为首先保证腹板生长方向与零件成形下表面夹角不大于30度，其次选择腹板最小截面为底面；所述底面与基板贴合；
进一步地热处理工装采用工装与构件咬合式设计，在平板上制作与承力框构件下陷相符的一体化凸起，凸起的尺寸按照构件下陷尺寸等比缩小10 mm，凸起与成形构件咬合时，使咬合式工装全型面均可与构件贴合，提高热处理型面的一致性；
进一步地连接工装采用轻量化的双面对称框架结构设计，在连接部位两侧设置夹持点用螺栓锁紧，夹持点位置应满足连接成形时连接夹持工装各部位与激光熔覆枪头不干涉基础上缩短夹持点与待填充坡口之间的距离；
进一步的，连接工装使用方法为首先按照凸台位置对分块子件进行定位，然后进行坡口位置调整，包括用固定螺栓顶紧分段件，确保分段件与固定支座无间隙、无倾斜，调整内侧法向调节螺栓，确保分段件内侧与分段件的倒角位置无阶差；调整外侧法向调节螺栓，确保分段件外侧与分段件的倒角位置无阶差；
所述激光熔覆成形工艺包括激光枪头的空间姿态调节、层间温度控制以及成形外形形状缺陷的补偿；
进一步地激光枪头空间调节是使枪头的工作高度符合成形工艺要求的同时其轴线与垂直方向呈3°～8°的倾角，避免成形过程中产生的飞溅向上喷射，污染激光枪头；
进一步地层间温度控制是沿生长方向上同一部位允许上一层熔覆的时刻为底层温度不大于200℃，通过成形的层间温度控制降低高温累积导致变形加重；
进一步地成形外形缺陷补偿为在成形过程中通过成形舱上的窥探窗观察成形形貌，发现已经成形的部分出现下塌且目视明显低于其他部位高度大于10 mm时，需要对塌陷部位进行及时的单区域激光熔覆补偿至高度差目视不大于5 mm，优选的单区域一次补偿次数不大于3次，如果在规定次数时达不到高度补偿效果，则该次不再进行补偿，待后续完成2次全型面的激光熔覆成形后，再对该下塌部位进行补偿至所需高度；
所述的连接区坡口为非对称X型坡口，分为深度不同的上下两部分，其中浅侧坡口深度为1/3零件厚度，深侧为2/3零件厚度。对接位置倒角为半径2mm的倒角，为防止存在阶差，连接时采用连接工装固定；
所述的连接方法采用激光熔覆成形在先行所述深侧填充，当填充至深侧厚度1/2时，翻转连接工装在浅侧填充至与腹板平齐，翻转连接工装在深侧深侧填充至与腹板齐平，并填充加强筋部位与加强筋上表面齐平，翻转连接工装填充浅侧加强筋部位直至与加强筋上表面齐平；
各分块子件成形方法如下：
步骤1.1：根据分块子件S1、S2、S3……的腹板要求激光熔覆成形为对应的腹板B1、B2、B3……；熔覆成形过程中对腹板去应力退火；
步骤1.2：在热处理工装G1上固定腹板，并以腹板为基础激光熔覆成形一侧加强筋A1；
步骤1.3：加强筋A1连同热处理工装G1去应力退火；
步骤1.4：在完成加强筋A1成形的腹板一侧安装热处理工装G2，并拆卸热处理工装G1，在腹板另一侧激光熔覆成形加强筋A2；
步骤1.5：加强筋A2连同热处理工装G2去应力退火；
步骤1.6：拆除热处理工装G2，将成形的毛坯子件进行粗加工去余量；
所述连接成形方法如下：
步骤2.1：各分块子件根据坡口形式设计处理为待连接件，安装到连接工装；
步骤2.2：基于设置的连接方法，采用激光熔覆成形完成分块子件连接，得到整体构件；
步骤2.3：整体构件双重退火，进行整体加工净成形。
下面以一具体实施例如图1所示的承力框构件为例，进行本技术方案的操作。
步骤一，依据实施例尺寸，将零件利用分割面a1与分割面b2分为三段，分别为构件左段3、构件右段4、构件中间段5，每段外廓尺寸为1000mm×1200mm×60mm，其它特征保留，并根据零件在厚度方向的投影面，理论腹板尺寸为1000mm×1200mm×2mm，长度方向单侧增加100mm余量，宽度方向单侧增加150mm余量，腹板6厚度单侧增加11mm余量，实际成形腹板尺寸为1200mm×1500mm×24mm，单侧立筋余量5mm。
步骤二，中间段处理与制造，以1200mm×20mm平面为接触面，垂直摆放，并且腹板与基板间设置R20倒角a7，缩颈位置设置R10倒角b8以防止应力集中所导致开裂问题，如图2所示。调整激光枪头的空间姿态，使其倾斜角度为5°。依据成形工艺参数，开展腹板打印，随着腹板高度，需在高度为100mm、700mm、1500mm时进行去应力退火热处理，打印工序与热处理工艺两者时间间隔不能大于12小时。热处理参数为650℃，保温2小时，空冷，由于实际成形零件留有余量，后续需机械加工去除，故热处理炉可选空气炉。
步骤三，对热处理后的腹板进行铣平、钻固定孔9处理，如图3所示，孔径为M20即可保证立筋打印过程变形可控。机械加工后腹板厚度为20mm，铣平后需对腹板表面进行机械打磨，增加表面粗糙度不低于Ra6.3，以确保打印首层与腹板间有更好附着力。正面立筋完成打印后需进行去应力热处理，冷却后翻面安装到咬合式工装10上，将构件11的表面与工装上表面贴合，螺栓夹紧固定，继续背面打印立筋及去应力退火，如图4所示。
步骤四，按顺序重复步骤二、步骤三，完成构件左段3与构件右段4的打印。
步骤五，坡口设计及加工。根据零件总厚度（约88mm，腹板厚度20mm，单侧立筋高度29+5），分别计算浅侧高度12H1、深侧主高度13H2，如图5所示，计算过程如下：
H1=1/3×（88-2）≈29mm
H2=2/3×（88-2）≈57mm
坡口开口角度选为90°，可根据熔覆头尺寸，在90-100°之间调整开口角度，确保规定离焦量下，熔覆头可达，按照该尺寸完成坡口铣削。此外去除腹板余量时，需预留好连接工装用定位凸台。机械加工后，需对各分段件进行X射线检查及超声波测试，确保零件内部无冶金缺陷，若存在冶金缺陷，需将缺陷部位机械去除后，重新打印。
步骤六，将加工后的分段件固定在连接工装14上，如图6所示，首先按照凸台15位置对构件各段进行定位，进行坡口位置调整，具体步骤如下：①将固定螺栓16顶紧一分块子件，确保该分块子件与固定支座17无间隙、无倾斜；②调整内侧调节螺栓a18、调节螺栓b19，确保相邻分块子件内侧与该分块子件的倒角位置无阶差；③调整外侧法向调节螺栓a20、法向调节螺栓b21，确保该分块子件外侧与另一相邻分块子件的倒角位置无阶差。
步骤七，采用激光焊接打底，焊接功率为3500W，焊接速度为1200mm/min，离焦量+20mm，焊后对焊缝背面进行机械打磨，经X光检查无气孔、裂纹后，再进行送粉连接。
步骤八，首先对深侧进行填充，填充高度为1/2，待完全冷却后，翻面将浅区填满，填充高度至与腹板持平，待冷却后，再次翻面，将剩余1/2的深侧区填满，最终完成整体连接。该方法可以有效避免单侧填充量过大，导致零件整体变形量大的问题，且两侧交替填充，可以互相抵消一部分变形，进而使得零件整体变形可控。连接结束后需对连接区位置进行X射线检查，确保该区域内无冶金缺陷。
步骤九，将整体零件在工装夹持状态下进行双重退火热处理；
步骤十，对零件整体进行三维扫描，确定零件粗加工数模，并依据此数模进行机械加工净成形，最终完成零件交付。
Claims (10)
1.一种钛合金承力框构件激光熔覆成形控制方法，其特征在于，设计各分块子件的物理分离面、各工艺界面的圆角状态、各工艺余量尺寸、腹板成形空间位置以及热处理工装，进行分块子件成形；对成形后的分块子件设计分块子件间连接的坡口形式与连接方法；对分块子件进行激光熔覆连接，进行连接成形；
所述分块子件成形包括步骤如下：
步骤1.1：根据分块子件S1、S2、S3……的腹板要求激光熔覆成形为对应的腹板B1、B2、B3……；熔覆成形过程中对腹板去应力退火；
步骤1.2：在热处理工装G1上固定腹板，并以腹板为基础激光熔覆成形一侧加强筋A1；
步骤1.3：加强筋A1连同热处理工装G1去应力退火；
步骤1.4：在完成加强筋A1成形的腹板一侧安装热处理工装G2，并拆卸热处理工装G1，在腹板另一侧激光熔覆成形加强筋A2；
步骤1.5：加强筋A2连同热处理工装G2去应力退火；
步骤1.6：拆除热处理工装G2，将成形的毛坯子件进行粗加工去余量；
所述连接成形包括步骤如下：
步骤2.1：各分块子件根据坡口形式设计处理为待连接件，安装到连接工装；
步骤2.2：基于设置的连接方法，采用激光熔覆成形完成分块子件连接，得到整体构件；
步骤2.3：整体构件双重退火，进行整体加工净成形。
2.根据权利要求1所述的钛合金承力框构件激光熔覆成形控制方法，其特征在于，所述热处理工装G1和热处理工装G2的表面分别对应腹板的上表面和下表面；热处理工装G1和热处理工装G2上设置凸起与凹陷，与腹板咬合。
3.根据权利要求1所述的钛合金承力框构件激光熔覆成形控制方法，其特征在于，所述连接工装包括凸台（15）、固定支座（17）、调节螺栓和法向调节螺栓；固定支座（17）一端底部固定凸台（15），一端顶部固定固定螺栓（16）；固定支座（17）另一端上分别安装两个调节螺栓和两个法向调节螺栓；调节螺栓间以及法向调节螺栓间的轴向方向相反；固定螺栓（16）顶紧一分块子件，确保分块子件与固定支座（17）无间隙、无倾斜；调整两个调节螺栓，确保该分块子件内侧与另一分块子件的倒角位置无阶差；调整两个法向调节螺栓，确保另一分块子件外侧与分块子件的倒角位置无阶差。
4.根据权利要求1-3任一项所述的钛合金承力框构件激光熔覆成形控制方法，其特征在于，所述分块子件的物理分离面确定规则如下依次进行后，依次标注各分块子件为S1、S2、S3……：
规则1：沿原构件最长方向分割原构件，完成分割的分块子件沿原构件最长方向尺寸不大于1000 mm；
规则2：物理分离面的截面尺寸为所有待选物理分离面截面尺寸最小的部分；
规则3：等分分割；
当规则3与规则1和规则2无法同时满足时，仅满足规则1与规则2。
5.根据权利要求4所述的钛合金承力框构件激光熔覆成形控制方法，其特征在于，所述各工艺界面的圆角状态采用倒圆角处理；各工艺界面以及沿生长方向上缩颈位置与扩颈位置进行倒圆角设计，各工艺界面处倒圆角半径设置不小于20mm的倒角，缩颈位置、扩颈位置的倒圆角半径设置不低于10mm的倒角。
6.根据权利要求4所述的钛合金承力框构件激光熔覆成形控制方法，其特征在于，所述工艺余量尺寸确定如下：
各分块子件成形时腹板厚度H1余量不小于理论厚度h1的10倍，加强筋的高度余量H2与理论加强筋高度h2的关系按公式(1)计算；腹板余量H3距加强筋外边缘轮廓不小于75 mm；
H2≥h2(1+1/6)(1)。
7.根据权利要求4所述的钛合金承力框构件激光熔覆成形控制方法，其特征在于，所述腹板成形空间位置摆放原则为首先保证腹板生长方向与零件成形下表面夹角不大于30度，其次选择腹板最小截面为底面；所述底面与基板贴合。
8.根据权利要求5-7任一项所述的钛合金承力框构件激光熔覆成形控制方法，其特征在于，所述坡口形式与连接方法具体为：连接区坡口为非对称X型坡口，分为深度不同的浅侧坡口和深侧坡口，其中浅侧坡口深度与深侧坡口深度呈1:2；分块子件对接位置为半径2mm的倒角；
采用激光熔覆成形在所述深侧坡口填充合金粉末，当填充至深侧坡口的1/2厚度时，翻转连接工装继续激光熔覆成形，在浅侧坡口填充合金材料至与腹板平齐，再翻转连接工装在深侧坡口填充至与腹板齐平；填充深侧坡口加强筋部位与加强筋上表面齐平，翻转分块子件的连接工装填充浅侧坡口加强筋部位直至与加强筋上表面齐平。
9.根据权利要求6所述的钛合金承力框构件激光熔覆成形控制方法，其特征在于，所述激光熔覆成形包括激光枪头的空间姿态调节、层间温度控制以及成形外形缺陷补偿控制，所述激光枪头的空间姿态调节为激光枪头的工作高度符合成形工艺要求的同时其轴线与垂直方向呈3°～8°的倾角；所述层间温度控制是沿生长方向上同一部位，当上一层温度不大于200℃时，继续熔覆成形；所述成形外形缺陷补偿为在熔覆成形过程中，当已经成形的部分出现下塌且目视低于其他部位高度大于10 mm时，对塌陷部位进行单区域激光熔覆补偿至高度差目视不大于5 mm。
10.根据权利要求9所述的钛合金承力框构件激光熔覆成形控制方法，其特征在于，所述单区域激光熔覆补偿的补偿次数不大于3次，在规定次数时达不到高度补偿效果，则该次不再进行补偿，待后续完成2次全型面的激光熔覆成形后，再对该下塌部位进行补偿至所需高度。
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Citations (8)
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|---|---|---|---|---|
| CN101397663A (zh) * | 2008-11-11 | 2009-04-01 | 岳阳大陆激光技术有限公司 | 一种带钢卷取机空心轴缺陷处理修复再造的新工艺方法 |
| US20140076464A1 (en) * | 2012-09-20 | 2014-03-20 | Silicon Steel Technology, Llc | Process for manufacturing high grades of specialty electrical steels |
| CN104087931A (zh) * | 2014-07-17 | 2014-10-08 | 辽宁工业大学 | 一种45钢激光单道熔覆工艺方法 |
| CN110666302A (zh) * | 2019-09-16 | 2020-01-10 | 中铁九桥工程有限公司 | 一种Q500qE+Q690qENH不同板厚复合焊对接方法 |
| CN110666299A (zh) * | 2019-09-09 | 2020-01-10 | 中铁九桥工程有限公司 | 一种810MPa级高性能耐候桥梁钢复合焊对接方法 |
| US20200130267A1 (en) * | 2018-12-29 | 2020-04-30 | Huazhong University Of Science And Technology | Method for controlling deformation and precision of parts in parallel during additive manufacturing process |
| CN112207466A (zh) * | 2020-10-20 | 2021-01-12 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种双面包覆不锈钢复合板的焊接方法 |
| US20220314291A1 (en) * | 2019-09-12 | 2022-10-06 | Manchao He | Processing method of npr steel rebar coil |
-
2023
- 2023-10-11 CN CN202311307620.5A patent/CN117051395B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101397663A (zh) * | 2008-11-11 | 2009-04-01 | 岳阳大陆激光技术有限公司 | 一种带钢卷取机空心轴缺陷处理修复再造的新工艺方法 |
| US20140076464A1 (en) * | 2012-09-20 | 2014-03-20 | Silicon Steel Technology, Llc | Process for manufacturing high grades of specialty electrical steels |
| CN104087931A (zh) * | 2014-07-17 | 2014-10-08 | 辽宁工业大学 | 一种45钢激光单道熔覆工艺方法 |
| US20200130267A1 (en) * | 2018-12-29 | 2020-04-30 | Huazhong University Of Science And Technology | Method for controlling deformation and precision of parts in parallel during additive manufacturing process |
| CN110666299A (zh) * | 2019-09-09 | 2020-01-10 | 中铁九桥工程有限公司 | 一种810MPa级高性能耐候桥梁钢复合焊对接方法 |
| US20220314291A1 (en) * | 2019-09-12 | 2022-10-06 | Manchao He | Processing method of npr steel rebar coil |
| CN110666302A (zh) * | 2019-09-16 | 2020-01-10 | 中铁九桥工程有限公司 | 一种Q500qE+Q690qENH不同板厚复合焊对接方法 |
| CN112207466A (zh) * | 2020-10-20 | 2021-01-12 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种双面包覆不锈钢复合板的焊接方法 |
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