CN109023347A - 一种等温锻造模具激光修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种等温锻造模具激光修复方法，通过对待修复等温锻造模具裂纹区域进行挖除处理，形成修复坡口并进行清洗，等温锻造模具整体尺寸较大，激光修复前无法采取整体预热，通过对清洗后的坡口进行预热至800～900℃，防止修复区与模具界面区域出现热应力开裂，然后采用激光进行坡口修复进行逐层修复，每次修复层高度为2～10mm，然后对每次修复之后的修复曾通过采用超声波去除激光修复残余应力，防止应力集中，防止应力致开裂的产生，最后采用机加工的方法将多余的修复层去除，保证机加后的模具尺寸与原设计尺寸相同，从而实现等温锻造模具裂纹区域的修复，采用激光修复工艺对等温锻造模具缺陷进行修复，提高模具的利用率，减少了资源的浪费。

Description

一种等温锻造模具激光修复方法
技术领域
本发明涉及激光修复技术领域，具体涉及一种等温锻造模具激光修复方法。
背景技术
等温模锻方法在航空发动机涡轮盘、压气机盘等坯料的生产中应用非常广泛，锻造时温度非常高，大多在950℃左右，且锻造过程产生的应力非常大，因此对锻造模具的耐热和高温力学性能提出非常高的要求。
镍基高温合金因其耐高温和耐腐蚀的优异特性，是航空发动机常用的重要材料，具有组织稳定，强化能力强等优点。该合金可以采用多种方式进行强化，可以实施固溶强化、第二相强化以及晶界强化。为了达到高更的强化效果，往往在合金中添加多种强化元素，以综合应用各种强化机制。为满足等温锻造模具的高性能要求，材料一般采用综合强化的镍基铸造高温合金。例如，K403模具材料中添加Co、Mo等固溶强化的元素；为提高耐高温性能，添加W元素；通过添加Al、Ti元素以形成第二相，提高强化效果；还会添加一些微量元素，例如B、Ce等，以对晶界进行强化和净化。
等温锻造模具的应用环境非常恶劣，经过多次反复使用后，模具会出现局部开裂的问题。对于小的缺损或缺陷，一般会采用机械方法打磨掉；对于较大的缺陷例如裂纹，因影响到了模具的正常使用，无法进行修磨，一般都直接报废处理，这造成材料的极大浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种等温锻造模具激光修复方法，以克服现有技术的不足。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种等温锻造模具激光修复方法，包括以下步骤：
步骤1)、对待修复等温锻造模具裂纹区域进行挖除处理，形成修复坡口并进行清洗；
步骤2)、对清洗后的坡口进行预热至800～900℃；
步骤3)、采用激光进行坡口修复，当修复层的高度为2～10mm时停止修复；
步骤4)、采用超声波去应力方法，对修复层进行去除残余应力处理；
步骤5)、重复步骤3)至步骤4)，直至完成整个坡口修复并留有余量；
步骤6)、采用机加工的方法将多余的修复层去除，保证机加后的模具尺寸与原设计尺寸相同。
进一步的，步骤1)中，采用机械加工方法，使等温锻造模具裂纹区域形成修复坡口。
进一步的，坡口的开口角度为60°～120°。
进一步的，利用酒精或丙酮对坡口的所有面进行清洗，除去坡口表面污渍。
进一步的，采用氧-乙炔焰对坡口进行预加热，利用红外感应温度计对预热温度进行测量，当预热温度达到800～900℃时停止加热。
进一步的，激光修复时所采用的激光功率为1Kw～6Kw，激光扫描速度为200～2000mm/min，光斑直径为1.0～3.0mm，送粉速率为0.5～50g/min，搭接率为20～50％。
进一步的，超声波去应力方法为冲击式，冲击头以10～30KHz的频率冲击激光修复区域。
进一步的，等温锻造模具选用材料元素质量百分比为C 0.05～0.2％，Cr 10.0～23.0％，Co 2.0～8.0％，W 1.0～10.0％，Mo 1.0～8.0％，Al 0.3～6.0％，Ti 0.3～3.0％，Fe 0.1～2.0％，其余为Ni。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种等温锻造模具激光修复方法，通过对待修复等温锻造模具裂纹区域进行挖除处理，形成修复坡口并进行清洗，等温锻造模具整体尺寸较大，激光修复前无法采取整体预热，通过对清洗后的坡口进行预热至800～900℃，防止修复区与模具界面区域出现热应力开裂，然后采用激光进行坡口修复进行逐层修复，每次修复层高度为2～10mm，然后对每次修复之后的修复曾通过采用超声波去除激光修复残余应力，防止应力集中，防止应力致开裂的产生，最后采用机加工的方法将多余的修复层去除，保证机加后的模具尺寸与原设计尺寸相同，从而实现等温锻造模具裂纹区域的修复，采用激光修复工艺对等温锻造模具缺陷进行修复，提高模具的利用率，减少了资源的浪费。
进一步的，采用机械加工方法，使等温锻造模具裂纹区域形成修复坡口，方法简单易操作。
进一步的，采用氧-乙炔焰对坡口进行预加热，利用红外感应温度计对预热温度进行测量，当预热温度达到800～900℃时停止加热，能够保证需要激光修复区域的温度快速达到要求，防止过量加热。
附图说明
图1是本发明实施例1中激光修复界面区域微观组织。
图2是本发明实施例2中激光修复界面区域微观组织。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
一种等温锻造模具激光修复方法，包括以下步骤：
步骤1)、坡口加工：对等温锻造模具裂纹区域进行挖除处理，形成修复坡口；坡口的开口角度为60°～120°；采用机械加工方法，使等温锻造模具裂纹区域形成修复坡口；
步骤2)、清洁处理：利用酒精或丙酮对坡口的所有面，包括坡口顶部的边缘处，进行彻底清洗，除去表面沾有的污渍；
步骤3)、预热：采用火焰加热的方法对坡口进行预加热，利用红外感应温度计对预热温度进行测量，当预热温度达到800～900℃时停止加热；
步骤4)、激光修复：根据裂纹开裂方向，设定好激光修复时激光头的运行轨迹。启动修复过程，当修复层的高度为2～10mm时暂停激光修复；激光修复时所采用的激光功率为1Kw～6Kw，激光扫描速度为200～2000mm/min，光斑直径为1.0～3.0mm，送粉速率为0.5～50g/min，搭接率为20～50％。
步骤5)、去应力：采用超声波去应力方法，对修复层进行去除残余应力处理，并确保所有修复层区域都已经处理完毕；超声波去应力方法为冲击式，冲击头以10～30KHz的频率冲击激光修复区域，改变该区域的应力场，消除激光修复残余应力。
步骤6)、继续激光修复：根据设定好的运行轨迹，继续进行激光修复，当修复层的厚度为2～10mm后，重复上一步超声波去应力步骤，确保修复层残余应力去除完毕；
步骤7)、后处理：对整个挖除的缺陷区域填充完毕，留有一定余量，重复超声波去应力过程，然后采用机加工的方法将多余的修复层去除，保证机加后的模具尺寸与原设计尺寸相同；
步骤8)、检测：对修复区域进行荧光检测，确保无裂纹缺陷。
采用氧-乙炔焰进行预热处理，采用红外感应温度检测仪对预热温度进行检测，预热温度800～900℃。
锻造模具用的高温合金材料元素质量百分比为C 0.05～0.2％，Cr 10.0～23.0％，Co 2.0～8.0％，W 1.0～10.0％，Mo 1.0～8.0％，Al 0.3～6.0％，Ti 0.3～3.0％，Fe 0.1～2.0％，少量微量和杂质元素，其余为Ni。
实施例1
等温锻造用高温合金材料主要的合金元素质量百分比为C 0.14％，Cr 11.5％，Co5.2％，W 5.3％，Mo 4.2％，Al 5.3％，Ti 2.6％，Fe 0.5％，少量微量和杂质元素，其余为Ni。上述模具出现的缺陷形式为裂纹，采用激光修复的步骤为：采用机械方法将缺陷挖除，形成开口为90°的坡口；用丙酮对坡口的所有表面，包括坡口顶部的边缘处进行彻底清洗，除去表面沾有的污渍；采用氧-乙炔焰对坡口进行预加热，利用红外感应温度计对预热温度进行测量，当预热温度达到900℃时停止加热；采用激光修复方法对坡口进行填充，所采用的激光功率为1Kw，激光扫描速度为200mm/min，光斑直径为1.0mm，送粉速率为10g/min，搭接率为50％，修复层的高度为3mm时暂停激光修复；采用超声波去应力方法，对修复层进行去应力处理，频率设定为10KHz；重复激光修复和超声波去应力步骤，直至坡口全部填满并有一定加工余量；采用机械加工方法对修复区域进行加工，确保修复完的模具尺寸与原设计尺寸相同；对修复区域进行荧光检测，无裂纹缺陷；采用金相显微镜对修复截面区域组织进行观察，参见图1，未发现裂纹缺陷，修复界面处为冶金结合的致密组织。
实施例2
等温锻造用高温合金材料主要的合金元素质量百分比为C 0.12％，Cr 11.0％，Co5.3％，W 5.2％，Mo 4.4％，Al 5.7％，Ti 2.7％，Fe 0.4％，少量微量和杂质元素，其余为Ni。上述模具出现的缺陷形式为裂纹，采用激光修复的步骤为：采用机械方法将缺陷挖除，形成开口为120°的坡口；用酒精对坡口的所有表面，包括坡口顶部的边缘处进行彻底清洗，除去表面沾有的污渍；采用氧-乙炔焰对坡口进行预加热，利用红外感应温度计对预热温度进行测量，当预热温度超过800℃时停止加热；采用激光修复方法对坡口进行填充，所采用的激光功率为6Kw，激光扫描速度为300mm/min，光斑直径为3.0mm，送粉速率为30g/min，搭接率为50％，修复层的高度为5mm时暂停激光修复；采用超声波去应力方法，对修复层进行去应力处理，频率设定为30KHz；重复激光修复和超声波去应力步骤，直至坡口全部填满并有一定加工余量；采用机械加工方法对修复区域进行加工，确保修复完的模具尺寸与原设计尺寸相同；对修复区域进行荧光检测，无裂纹缺陷；采用金相显微镜对修复截面区域组织进行观察，参见图2，未发现裂纹缺陷，修复界面处为冶金结合的致密组织。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，该修复方法可以拓展到其它材料中，其它任何未背离本发明的精神实质和原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种等温锻造模具激光修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)、对待修复等温锻造模具裂纹区域进行挖除处理，形成修复坡口并进行清洗；
步骤2)、对清洗后的坡口进行预热至800～900℃；
步骤3)、采用激光进行坡口修复，当修复层的高度为2～10mm时停止修复；
步骤4)、采用超声波去应力方法，对修复层进行去除残余应力处理；
步骤5)、重复步骤3)至步骤4)，直至完成整个坡口修复并留有余量；
步骤6)、采用机加工的方法将多余的修复层去除，保证机加后的模具尺寸与原设计尺寸相同。
2.根据权利要求1所述的一种等温锻造模具激光修复方法，其特征在于，步骤1)中，采用机械加工方法，使等温锻造模具裂纹区域形成修复坡口。
3.根据权利要求1所述的一种等温锻造模具激光修复方法，其特征在于，坡口的开口角度为60°～120°。
4.根据权利要求1所述的一种等温锻造模具激光修复方法，其特征在于，利用酒精或丙酮对坡口的所有面进行清洗，除去坡口表面污渍。
5.根据权利要求1所述的一种等温锻造模具激光修复方法，其特征在于，采用氧-乙炔焰对坡口进行预加热，利用红外感应温度计对预热温度进行测量，当预热温度达到800～900℃时停止加热。
6.根据权利要求1所述的一种等温锻造模具激光修复方法，其特征在于，激光修复时所采用的激光功率为1Kw～6Kw，激光扫描速度为200～2000mm/min，光斑直径为1.0～3.0mm，送粉速率为0.5～50g/min，搭接率为20～50％。
7.根据权利要求1所述的一种等温锻造模具激光修复方法，其特征在于，超声波去应力方法为冲击式，冲击头以10～30KHz的频率冲击激光修复区域。
8.根据权利要求1所述的一种等温锻造模具激光修复方法，其特征在于，等温锻造模具选用材料元素质量百分比为C 0.05～0.2％，Cr 10.0～23.0％，Co 2.0～8.0％，W 1.0～10.0％，Mo 1.0～8.0％，Al 0.3～6.0％，Ti 0.3～3.0％，Fe 0.1～2.0％，其余为Ni。
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