CN105855549B - 一种脉冲激光填丝增材制造镍基合金结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种脉冲激光填丝增材制造镍基合金结构的方法，利用脉冲激光焊接系统以镍基合金丝为原料增材成形结构，属于激光修复、激光近净成形技术领域。具体步骤是：以脉冲激光填丝焊接系统为基础，以惰性气体作为保护气体，通过层层沉积的方式得到最终的结构。成形过程中通过控制脉冲激光脉冲能量、脉冲宽度、脉冲频率，实现对于成形结构微观组织的调控和力学性能的改善。本发明结合了脉冲激光热源及填丝增材制造的优势，提供了一种低成本、清洁及低应力的高性能镍基合金结构的制备方法。

Description

一种脉冲激光填丝增材制造镍基合金结构的方法
技术领域
本发明属于激光修复、激光近净成形技术领域，涉及一种脉冲激光填丝增材制造镍基合金结构的方法。
背景技术
增材制造技术可利用三维模型直接制造出形状复杂的结构，大幅减少工序、节约工时，在航空航天、汽车及模具制造等领域获得了广泛应用。镍基合金在各种介质中表现出良好的耐蚀性能，并且兼有很好的力学性能及加工性能，在航空航天、石油化工、核电等领域具有重要的应用价值。激光填丝增材制造技术具有丝材成本低、利用率高、对环境友好等优点。现有填丝式增材制造镍基合金结构的研究中，多采用连续激光作为加工热源，成形过程中热输入较高，对残余应力和变形控制要求较高，成形件下部随成形层数增加存在晶粒粗化现象。相关文献如下所示：
专利号：ZL201510723029.7公开的一种基于TiNi记忆合金丝材的功能材料部件增材制造方法，提出了一种包括TiNi记忆合金熔炼、丝材制备及应用制得合金丝激光熔覆增材制造部件的方法。该方法在熔覆过程中采用了连续激光热源，液态氩气汽化的氩气作为冷却气体，在成形过程中，需要同时控制激光熔覆速度和气体冷却速度而控制成形件不同区域组织和变形量，工艺复杂。
发明内容
为解决连续激光填丝增材制造过程中存在的上述问题，本发明利用脉冲激光热源热输入较低、制造过程产生的残余应力和变形较小、且脉冲间断作用可以细化组织的特点，提供一种脉冲激光填丝增材制造镍基合金结构的方法。
本发明的技术方案：
一种脉冲激光填丝增材制造镍基合金结构的方法，步骤如下：
A、选择直径0.5～1.0mm镍基合金丝作为丝材；选择镍基合金板材或与镍基合金丝具有良好焊接性的合金板材作为基板；根据丝材直径调整光斑直径；再调整光束焦点与基板表面相对位置；最后调整丝材与光束及基板表面的相对位置，送丝方式采用前置送丝方式；
B、根据成形结构不同区域散热条件调整脉冲激光特征参数以控制组织分布，激光单脉冲能量处于1.0～2.5J，脉冲宽度处于5～8ms，脉冲频率处于50～100Hz；扫描速度为200～500mm/min，扫描速度与送丝速度的比值为0.5～2.0；单层提升量根据扫描速度Vf，送丝速度Vw及丝材直径R计算，取值范围为
C、采用惰性气体作为保护气体，进行填丝增材制造；每成形5～10层，重新调整光束离焦量，消除层厚差异带来的误差。
所述的光斑直径大于丝材直径，光斑直径为0.6～1.5mm。
所述的光束与基板相对位置，即离焦量为-3～+3mm。
所述的丝材与水平方向夹角为30～60度；丝材端部与光斑中心距离为光斑半径，丝材端部与基板或上一层沉积层距离为0～0.2mm。
所述的保护气体为氩气，保护气体喷嘴出口直径5～10mm，距离熔池10～30mm，保护气压力为5～15psi。
本发明的有益效果：
(1)本发明中采用脉冲激光作为成形热源，成形过程热输入低，成形件残余应力小、变形小；成形过程中由于脉冲激光的间断作用，冷却速度更快，易于得到更加细密均匀的微观组织，有利于结构力学性能的提高；成形过程中可对脉冲激光特征参数进行调控(单脉冲能量、脉冲宽度、脉冲频率)，进而对成形件不同区域微观组织进行调控；
(2)本发明中采用丝材为增材制造原料，材料成本低、利用率高；加工过程易于控制，对环境友好；成形件致密性高。
附图说明
图1是脉冲激光填丝增材制造镍基合金结构系统示意图。
图中：1控制系统；2激光器；3激光加工头；4保护气喷嘴；5送丝嘴；6送丝机；7惰性气体；8填丝增材成形件；9工作台。
具体实施方式
下面结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
图1脉冲激光填丝增材制造镍基合金结构系统示意图，本发明的实例要求：成形40层镍基合金Hastelloy C-276薄壁结构。
采用Nd:YAG固体脉冲激光器对Hastelloy C-276合金丝材进行脉冲激光填丝增材成形，具体成形步骤如下：
A、选择直径为0.5mm的Hastelloy C-276合金丝材，放入送丝机中备用；选择304板材作为成形基板，成形前用SiC砂纸打磨去除氧化层，酒精清洗去除表面油污，并用压缩空气吹干；
B、调整工作台使光束焦点位于基板表面之下1mm，即离焦量为-1mm；此时光束直径为0.65mm，大于丝材直径；为保障熔丝过程的稳定性，采用前置送丝模式；丝与水平方向夹角调整为35度；调整光丝相对位置，丝材端部距光斑中心0.325mm，与基板距离为0mm；
C、设置激光单脉冲能量1.5J，脉冲宽度6ms，脉冲频率60Hz，扫描速度350mm/min，送丝速度350mm/min；
D、使用纯度不低于99.99％的侧吹氩气作为保护气体，保护气体喷嘴出口直径6mm，距离熔池25mm，调整保护气压为10psi，既能保证良好保护效果又不会对熔池及熔丝过程产生过多扰动；
E、同时启动激光器与送丝机进行增材制造成形，成形完成一层后，工作台下降单层厚度0.2mm进行增材制造；每成形5层，重新调整光束离焦量为初始值-1mm，消除层厚差异带来的误差。

Claims (2)

1.一种脉冲激光填丝增材制造镍基合金结构的方法，其特征在于，步骤如下：
A、选择直径0.5～1.0mm镍基合金丝作为丝材；选择镍基合金板材或与镍基合金丝具有良好焊接性的合金板材作为基板；根据丝材直径调整光斑直径；再调整光束焦点与基板表面相对位置；最后调整丝材与光束的相对位置、丝材与基板表面的相对位置，送丝方式采用前置送丝方式，调整后丝材与水平方向夹角为30～60度；丝材端部与光斑中心距离为光斑半径，丝材端部与基板或上一层沉积层距离为0～0.2mm；
B、根据成形结构不同区域散热条件调整脉冲激光特征参数以控制组织分布，激光单脉冲能量处于1.0～2.5J，脉冲宽度处于5～8ms，脉冲频率处于50～100Hz；扫描速度为200～500mm/min，扫描速度与送丝速度的比值为0.5～2.0；单层提升量根据扫描速度Vf，送丝速度Vw及丝材直径R计算，取值范围为
C、采用惰性气体作为保护气体，进行填丝增材制造；每成形5～10层，重新调整光束离焦量，消除层厚差异带来的误差；
所述的光斑直径大于丝材直径，光斑直径为0.6～1.5mm；
所述的光束焦点与基板表面相对位置，即离焦量为-3～+3mm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的保护气体为氩气，保护气体喷嘴出口直径5～10mm，距离熔池10～30mm，保护气体压力为5～15psi。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106238731B (zh) * 2016-09-28 2018-07-13 深圳市首熙机械设备有限公司 一种混合金属3d立体打印装置
CN106256473B (zh) * 2016-10-20 2018-08-03 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 一种用于铝丝的激光快速成型系统及方法
CN106975750A (zh) * 2017-04-14 2017-07-25 华南理工大学 一种激光熔融沉积成型装置及其运行方法
US11752547B2 (en) 2017-06-30 2023-09-12 Norsk Titanium As Solidification refinement and general phase transformation control through application of in situ gas jet impingement in metal additive manufacturing
EP3645195A2 (en) * 2017-06-30 2020-05-06 Norsk Titanium AS Solidification refinement and general phase transformation control through application ofin situ
CN107470620B (zh) * 2017-08-15 2019-03-08 苏州热工研究院有限公司 法兰件的电弧增材制造方法
CN107414301B (zh) * 2017-09-04 2019-11-15 南京理工大学 一种钢及铝合金激光增材制造的导丝装置及方法
CN108038266A (zh) * 2017-11-17 2018-05-15 西安铂力特增材技术股份有限公司 一种选择性激光修复过程的数值模拟方法
US11229977B2 (en) * 2018-07-19 2022-01-25 Lincoln Global, Inc. Laser hot wire additive deposition head with omni-directional build path
CN109277570B (zh) * 2018-12-06 2020-12-15 中国工程物理研究院材料研究所 一种Ni25镍基合金棒材的激光送粉增材制备方法
IT201900009366A1 (it) * 2019-06-18 2020-12-18 Prima Ind Spa Apparato di lavorazione laser e procedimento di lavorazione laser corrispondente
CN113774254B (zh) * 2021-08-29 2022-07-29 钢铁研究总院 一种适用于增材制造的镍基合金丝材及制造工艺

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03189086A (ja) * 1989-12-19 1991-08-19 Toshiba Corp レーザ装置
CN101428371A (zh) * 2008-12-05 2009-05-13 南昌航空大学 一种TiNi形状记忆合金与不锈钢异种材料的连接方法
DE102009050676A1 (de) * 2009-10-23 2011-05-05 Schunk Gmbh & Co. Kg Spann- Und Greiftechnik Verfahren zum Auftragsschweissen
CN102995001A (zh) * 2011-09-13 2013-03-27 吉林大学 激光修复模具疲劳裂纹的方法
DE202013011396U1 (de) * 2013-12-20 2014-01-23 Dominique Paetz Generative Fertigungseinrichtung
CN104625412A (zh) * 2014-12-24 2015-05-20 江苏科技大学 一种铜合金激光-冷金属过渡复合热源增材制造的方法
CN104985180A (zh) * 2015-07-31 2015-10-21 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 一种增韧的金属间化合物及其制备方法及设备
CN104999080A (zh) * 2015-08-03 2015-10-28 北京理工大学 一种用于精密微细复杂结构件的复合增材制造方法
CN105543747A (zh) * 2015-12-21 2016-05-04 西北工业大学 一种保留有Laves相的增材制造镍基高温合金的制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03189086A (ja) * 1989-12-19 1991-08-19 Toshiba Corp レーザ装置
CN101428371A (zh) * 2008-12-05 2009-05-13 南昌航空大学 一种TiNi形状记忆合金与不锈钢异种材料的连接方法
DE102009050676A1 (de) * 2009-10-23 2011-05-05 Schunk Gmbh & Co. Kg Spann- Und Greiftechnik Verfahren zum Auftragsschweissen
CN102995001A (zh) * 2011-09-13 2013-03-27 吉林大学 激光修复模具疲劳裂纹的方法
DE202013011396U1 (de) * 2013-12-20 2014-01-23 Dominique Paetz Generative Fertigungseinrichtung
CN104625412A (zh) * 2014-12-24 2015-05-20 江苏科技大学 一种铜合金激光-冷金属过渡复合热源增材制造的方法
CN104985180A (zh) * 2015-07-31 2015-10-21 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 一种增韧的金属间化合物及其制备方法及设备
CN104999080A (zh) * 2015-08-03 2015-10-28 北京理工大学 一种用于精密微细复杂结构件的复合增材制造方法
CN105543747A (zh) * 2015-12-21 2016-05-04 西北工业大学 一种保留有Laves相的增材制造镍基高温合金的制备方法

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