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TC4零件激光快速修复加工参数带的选择 通过研究激光加工参数，包括激光功率、光束扫描速度以及送粉率对热输入效率η和熔覆层形状系数ζ的影响规律，并结合激光快速修复过程对热输入效率和熔覆层形状系数的要求，建立了TC4激光快速修复的加工参数带。采用文章所确定的加工参数带中的参数，有利于减小激光快速修复件的变形，得到的修复件无熔合不良缺陷。 钛合金零件的近形制造技术多年以来一直是研究者关注的热点。20 世纪90 年代以来，随着一种新型自由实体成形技术--激光快速成形技术的发展，众多研究机构开始将激光快速成形技术用于制造钛合金零件。目前的工作主要集中在Ti-6Al-4V 钛合金激光快速成形的研究上，已经可以获得与锻件力学性能相当的成形零件。同时，激光快速成形技术所具有的”离散+堆积”的增材制造特点，不但使这项技术可以用于金属零件的三维实体制造，而且也可应用于零件在加工过程中误加工损伤或服役损伤的快速修复，进而提高零件的使用寿命，降低钛合金零件的成本。激光快速修复技术结合了快速成形和激光熔覆的优点，克服了电刷镀和喷涂的修复层薄、熔焊技术热输入量大导致零件变形大、以及奸焊的零件本体与修复层之间结合强度低的弱点。在激光快速修复过程中，热影响区小，因此有利于减小修复过程中的应力及变形;修复结合部位为致密的冶金结合，修复区域材料的力学性能相当于甚至高于零件本体;另外，修复区域形状可以根据零件缺损形状进行控制成形，因此修复后仅需少量的加工即可交付使用。整个修复过程由计算机控制，无需人为干涉，保证了零件修复的可靠性和重复性，可修复具有复杂形状的零件。 在激光快速修复过程中，激光快速修复件的几何性能主要是由沉积特性决定的，包括单层熔覆厚度、单道熔覆宽度、行程轨迹和多道间搭接率等相关特征参数。行程轨迹和多道间搭接率的选择决定了修复区不同熔覆层之间的搭接状况，以及修复过程能否顺利进行，同时，单层熔覆宽度和单道熔覆高度比值对搭接率的选择也会造成一定的影响。另外，在激光快速修复过程中，对修复区热输入的控制也是非常重要的。过大的热输人一方面容易使修复区组织粗大，弱化修复区的综合力学性能;另一方面，会使热影响区扩大，进而对修复件本体的组织和性能产生较大的影响;更严重的是，过大的热输入更易使修复件产生较大的残余应力和变形，所有这些因素都与激光加工参数的选择密切相关。因此，激光加工参数的选择对修复件的形状和性能具有重要的影响。本文重点针对TC4钛合金零件激光快速修复的激光加工参数选择问题，从热输入和几何特性控制的角度，研究可获得无熔合不良缺陷且具有很小变形的激光加工参数。 1 试验 本研究是在实验室自建的激光快速修复装备上进行的。该装备包括JK-2000 YAG 固体激光器、工作台、高精度送粉器、惰性气体保护箱以及同轴送粉喷嘴。整个修复过程在氧含量小于10*10-6的惰性气体保护箱内进行，以防止TC4钦合金被0、N、H等杂质元素污染。载粉气体和同轴送粉喷嘴保护气均采用纯氩。 修复试验用基材为TC4钦合金板材，熔覆材料为气体雾化法制备的球形TC4钦合金粉末，其化学成分见下表。 试验前对TC4钦合金粉末进行真空烘干处理，以除去粉末中所吸附的水分。用砂纸将基材表面的氧化膜打磨掉，再用丙酮将工作面清洗干净。试验中，激光功率为400-1800W，光束扫描速度为3-15 mm/s,送粉率为2.4 g/min。在TC4板上进行熔覆试验以考察激光加工参数对修复件的影响。nextpage 2 试验结果与分析 图1为单道单层傲光溶理TC4钛合金的典型组织和熔搜层形状。图1a)中，b区为熔区，熔区组织由粗大的β柱状晶组成，如图1b)所示;c区为热影响区，出现了明显的重结晶长大，如图1c)所示;e区为TCA板材的原始组织，为等轴a+β组织，如图1e）所示。图1d)显示热影响区和TC4板材之间有明显分界.图中上半部分较白的区域为热影响区，而下半部分为TC4板材的原始组织。这样，根据不同组织区域的面积比，本文定义有效能量输人η为熔区面积与热影响区面积之比。针对激光熔覆的特点和修复区几何形状和尺寸精度的要求，本文进一步定义单道熔覆宽度与单层熔覆厚度之比为熔覆层形状系数ζ。 图1 单道单层激光熔覆TC4钛合金典型组织和熔覆层形状 nextpage 对于有效能量输η，和熔援层形状系数ζ，主要的影响因素包括激光功率P、光束扫描速度v以及送粉率m等。如果激光劝率过小则不能保证进入熔池的粉末完全熔化;过大，则产生过大的热影响区，使原来零件的组织被破坏，甚粟由于过量的热翰人而使修复件产生严重的变形，这实际体现了有效能量输入η的影响。同时，选择不同的激光功率、光束扫描速度和送粉率对熔覆层形状系数也有很大的影响。若熔覆层形状系数ζ＜3,修复过程中易于产生熔合不