[发明专利]一种3D打印金属构件缺陷的焊接修补方法

说明书

本发明属于航空发动机构件焊接修补技术领域，具体涉及一种3D打印金属构件缺陷的焊接修补方法。通过解决裂纹清理后待修补处制备、混合粉末成分的选用与配制、提高焊接接头性能等技术问题，保证航空发动机3D打印金属构件裂纹缺陷的修补质量，实现应用粉末冶金焊接技术对航空发动机3D打印金属构件裂纹缺陷的有效修补。本方法修补处的焊缝质量好，焊缝和基体合金的成分易实现均匀化，可有效延长3D打印构件的使用寿命，实现批量修补，大量降低生产制造成本，该修补技术可应用于多种类型3D打印构件的修补中去，对3D打印零部件的焊接修补具有重要参考价值。特别适合用于有复杂内腔的金属构件的修补。

技术领域

本发明属于航空发动机构件焊接修补技术领域，具体涉及一种3D打印金属构件缺陷的焊接修补方法。

背景技术

3D打印技术对航空航天制造业影响巨大，高的工艺品质、高效率使得其在航空发动机构件制造方面得到广泛关注，逐渐成为航空发动机构件批量生产制造的优秀方法。

基于激光增材制造的3D打印技术因激光聚焦光斑微细化、铺粉厚度精细化、制造精度高等优势，可实现精密构件的直接“净成形”，目前主要应用于航空发动机上具有复杂内腔结构的旋流器、喷嘴等金属构件的制造。然而，激光增材制造过程中，经历高能激光束长时间周期性剧烈加热和冷却，动态熔池在池底强约束下的快速凝固收缩及其伴生的短时非平衡固态相变，在构件内部将产生极其复杂的热应力、组织应力和凝固收缩应力及其强烈非稳态交互作用和应力集中，激光成形件中的少数零件会产生裂纹缺陷，为避免零件报废、节约生产制造成本，3D打印构件裂纹缺陷的修补已成为亟待解决问题。

当前，航空发动机构件的修复主要采用熔焊、粉末冶金焊接等修复技术；其中熔焊技术主要修复焊接性较好的钴基高温合金零件和低铝、钛的镍基高温合金零件，但焊接残余应力的存在易使修复的构件服役时过早破坏，对于具有复杂内腔结构的旋流器、喷嘴等金属构件容易因焊后背面余高过大而造成内腔流道尺寸减小或堵塞；粉末冶金焊接技术是在钎焊基础上发展起来的发动机构件损伤修复技术，优于传统的熔焊修复技术。

发明内容

本发明提出了一种3D打印金属构件缺陷的焊接修补方法，通过解决裂纹清理后待修补处制备、混合粉末成分的选用与配制、提高焊接接头性能等技术问题，保证航空发动机3D打印金属构件裂纹缺陷的修补质量，实现应用粉末冶金焊接技术对航空发动机3D打印金属构件裂纹缺陷的有效修补。

本发明的3D打印金属构件缺陷的焊接修补方法包括以下步骤：

S1：待修补处制备：

将3D打印金属构件的裂纹缺陷处通过打磨清理去除，成为待修补处；将待修补的3D打印金属构件进行清洗并烘干；如果3D打印金属构件的基体合金是含铝、钛、铌、钽等较高的合金，铝、钛、铌、钽中的一种元素的质量分数或几种元素质量分数之和高于0.5％时，在清洗前可以对待修补处进行镀镍处理，镀层的厚度为10-20μm。镀镍处理能够防止基体表面钎焊过程中的氧化并能改善钎焊润湿性。

S2：配制和预置钎焊材料：

将所述3D打印金属构件的基体合金的粉末与适用于所述基体合金的钎料粉末配制成混合粉末，其中基体合金粉末的质量分数范围是50％-60％。虽然基体合金粉末的含量越高，越有利于钎焊接头中低熔点脆性相的减少，但是基体合金粉末含量增高也会导致钎料钎焊工艺性变差。因此，混合粉末只在一定的配合比例条件下才具有使用价值，添加基体合金粉末的比例不能太高，实际加入量要依据具体的工艺要求而加以确定，设计最大加入量不超60％。

将混合粉末用钎焊粘结剂调制成膏状物，用涂敷器将膏状物填加至3D打印金属构件的待修补处，将涂好膏状物的3D打印金属构件进行烘干；在所述3D打印金属构件不允许钎料流入的地方涂敷阻流剂。

S3：真空钎焊：