CN105543837B - 一种铜钨复合结构的修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于金属构件的修复再制造技术领域的一种铜钨复合结构的修复方法。采用脉冲Nd:YAG激光熔化同步输送的金属粉末，在铜钨复合结构的支撑腿缺损部位进行逐层堆积，直至制备出完整的修复区，对修复区进行车削加工，恢复铜钨复合结构的尺寸、形状精度及表面质量。本发明采用脉冲Nd:YAG激光为热源进行修复，热输入少，修复过程在氩气气氛下进行，防止了铜钨复合结构的氧化；修复后复合结构的残余应力小，不破坏复合结构中铜钨的连接；修复区与钨基体的界面为冶金结合，结合力强，使破损铜钨复合结构得到再利用，节约了原料和能源，创造了经济价值；本发明在多种金属的复合结构的修复领域得到广泛推广应用。

Description

一种铜钨复合结构的修复方法
技术领域
本发明属于金属构件的修复再制造技术领域，特别涉及一种铜钨复合结构的修复方法，具体地说是一种基于金属粉末熔化沉积成型的铜钨复合结构缺损支撑腿的修复方法。
背景技术
随着科技的进步，各行业对材料的要求越来越高，在应用过程中要求材料有很好的力学、热学等综合性能，现有的单一材料不能同时满足这种需求，通常需要把两种或多种性能优异的材料连接起来制备成多种金属的复合结构以达到使用要求。
钨具有高熔点、低蒸气压和低溅射腐蚀率，铜具有优异的导热性、良好的加工和焊接性能，铜钨复合结构作为热沉结构广泛应用在能源、军工领域[1]。为了固定在热源附近，这种复合结构通常需要在钨的表面连接支撑腿，但钨是难熔金属，对杂质敏感性大，焊接在钨基体上的支撑腿在力的作用下容易脱落，导致铜钨复合结构无法继续使用，直接报废会提高经济成本，有必要对破损的铜钨复合结构进行修复再利用。
传统的修复方法多采用手工电弧焊、气体保护焊等补焊方法，目前也有一些采用连续激光进行零件修复[3]的研究，但这些修复方法会把零部件加热到较高的温度，使修复后的零部件存在较大的应力集中，产生焊接变形大的问题，同时焊接过程如果暴露在空气中，会使修复件表面发生氧化。尤其对于采用热等静压等压力焊接方法进行连接的铜钨复合结构[2]，铜和钨的热膨胀系数存在较大差异，同时钨在高温下容易氧化，上述修复方法由于有较大的热输入，会破坏钨及铜钨钨复合界面的性能，降低复合结构的使用性能而无法进行修复。对于支撑腿缺损的铜钨复合结构，需要一种热输入少的修复方法，在不破坏复合结构中铜钨连接的基础上，灵活、快速地实现铜钨复合结构支撑腿的修复。
参考文献：
[1]郭双全,冯云彪,燕青芝等.偏滤器中钨与异种材料的连接技术研究进展[J].焊接技术,2010,39(9):3-7.
[2]吴继红,张斧,严建成等.铜-钨/不锈钢热等静压焊接界面组织的研究[J].焊接,2002,(6):13-15.
[3]李午红,张大伟,毛杰,等.一种采用金属粉末的激光修复方法:中国,CN104233292A[P].2014-12-24.
发明内容
本发明的目的是提供一种铜钨复合结构的修复方法，其特征在于，具体地说是一种基于金属粉末熔化沉积成型的铜钨复合结构缺损支撑腿的修复方法；包括下面步骤：
1)对破损的铜钨复合结构进行表面清理，待修复区用W14号金相砂纸研磨，并将待修复结构放入99％酒精中超声清洗5分钟，去除待修复区的磨损层、疲劳层、氧化层及其他杂质；
2)对破损的铜钨复合结构进行尺寸测量，包括待修复区的尺寸和破损区域的深度及面积；
3)根据图纸或进行化学分析确认待修复区的材质；
4)制定修复工艺：包括破损件的工装、采用的修复粉末、激光熔化沉积修复工艺；
5)逐层在铜钨复合结构的缺损部位进行堆积，直至制备出完整尺寸的支撑腿；
6)后期机加工及质检：根据要求，对修复后的铜钨复合结构进行车削加工，使其尺寸、形状精度及表面质量达到技术要求，并对修复件进行探伤，检测修复区是否有缺陷，包括裂纹、气孔。
所述步骤4)的具体修复工艺为采用脉冲Nd:YAG激光光源进行修复；在氩气气氛中，采用的修复粉末为99.5wt％的镍粉，粒度为-100～+200目；逐层堆积工艺参数为：电流：400A，脉冲：3.5ms，频率：8Hz，修复速率：2mm/s，层高：0.2mm，送粉量：0.5g/min，光斑大小：2mm，搭接量1.2mm，在氩气环境下，防止钨基体氧化。
本发明的有益效果是考虑到复合结构内部钨和铜的连接，本发明采用脉冲Nd:YAG激光光源进行修复，热输入少，修复后铜钨复合结构的残余应力小，不破坏复合结构中钨和铜的连接；修复过程在氩气气氛中进行，防止了铜钨复合结构的氧化；修复支撑腿与钨基体的界面为冶金结合，结合力强，使破损铜钨复合结构得到再利用，节约了原料和能源，创造了较高的经济价值；与现有技术相比，本发明在多种金属的复合结构的修复领域得到广泛推广应用。
附图说明
图1为修复区与基体的镍钨界面背散射扫描电镜图；
图2为修复区与基体的镍钨界面能谱图；
图3为修复后复合结构中的铜钨界面背散射扫描电镜图；
图4为修复后复合结构中的铜钨界面能谱图。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种铜钨复合结构的修复方法，具体地说是一种基于金属粉末熔化沉积成型的铜钨复合结构缺损支撑腿的修复方法。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例
对基于金属粉末熔化沉积成型的破损铜钨复合结构进行修复，待修复区为钨基体上缺损的镍支撑腿。本修复实例包括如下步骤：
1.对破损的铜钨复合结构进行表面清理，待修复区用W14号金相砂纸研磨，并将铜钨复合结构放入99％酒精中超声清洗5分钟，去除待修复区的磨损层、疲劳层、氧化层及其他杂质；
2.对破损铜钨复合结构进行尺寸测量，待修复的铜/钨复合结构支撑腿的尺寸为15×15×15mm，破损区域的深度为0.5mm，面积为15×15＝225mm2；
3.根据图纸确定待修复支撑腿的材质为纯镍；
4.制定修复工艺：铜钨复合结构的工装：将复合结构固定到工作台，其待修复面向上，与激光束方向垂直；采用的修复粉末为99.5wt％的镍粉，粒度为-100～+200目；逐层堆积工艺参数为：电流：400A，脉冲：3.5ms，频率：8Hz，修复速率：2mm/s，层高：0.2mm，送粉量：0.5g/min，光斑大小：2mm，搭接量1.2mm，为防止钨基体氧化，修复过程在氩气环境下进行；
5.逐层在铜/钨复合结构的缺损部位进行堆积，直至制备出完整尺寸的支撑腿；
6.后期机加工及质检：根据要求，对修复后的铜钨复合结构进行车削加工，使其尺寸、形状精度及表面质量达到技术要求，并对修复件进行探伤，检测修复区是否有裂纹、气孔等缺陷。
检测结果：修复后的支撑腿外形完好，达到技术要求；修复区与基体界面为冶金结合，界面及修复区无裂纹、气孔等缺陷，如图1、2所示；修复后铜钨复合结构中的铜钨界面良好，修复过程未破坏其连接，图1、图3中中间白线表示界面能谱的位置和长度；如图3、4所示；修复后的镍支撑腿试样抗拉强度为255MPa，镍钨界面试样抗拉强度为260MPa，达到使用要求。

Claims (1)

1.一种铜钨复合结构的修复方法，具体地说是一种基于金属粉末熔化沉积成型的铜钨复合结构缺损支撑腿的修复方法；包括：
1)对破损的铜钨复合结构进行表面清理，待修复区用W14号金相砂纸研磨，并将待修复结构放入99％酒精中超声清洗5分钟，去除待修复区的磨损层、疲劳层、氧化层及其他杂质；
2)对破损的铜钨复合结构进行尺寸测量，包括待修复区的尺寸和破损区域的深度及面积；
3)根据图纸或进行化学分析确认待修复区的材质；
4)制定修复工艺，逐层在铜钨复合结构的缺损部位进行堆积，直至制备出完整尺寸的支撑腿；
5)后期机加工及质检：根据要求，对修复后的铜钨复合结构进行车削加工，使其尺寸、形状精度及表面质量达到技术要求，并对修复件进行探伤，检测修复区是否有缺陷，包括裂纹、气孔；其特征在于，所述制定修复工艺如下：包括破损件的工装、采用的修复粉末、激光熔化沉积修复工艺；
具体修复工艺为采用脉冲Nd:YAG激光光源进行修复；在氩气气氛中，采用的修复粉末为99.5wt％的镍粉，粒度为-100～+200目；逐层堆积工艺参数为：电流：400A，脉冲：3.5ms，频率：8Hz，修复速率：2mm/s，层高：0.2mm，送粉量：0.5g/min，光斑大小：2mm，搭接量1.2mm，在氩气环境下，防止钨基体氧化。
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