一种激光立体成形镍基GH3536合金扫描策略方法技术

本发明专利技术属于金属材料增材制造领域，尤其涉及一种激光立体成形镍基GH3536合金扫描策略方法。首先在计算机上生成三维模型，然后将三维模型按一定厚度进行分层，把三维结构转化为二维结构。之后对每层进行路径规划，利用数控系统生成相应可以驱动激光头工作的代码，最后激光按照生成的指令进行逐点，逐面的扫描生成所需形状的三维实体零件。本发明专利技术使用CO2激光立体成形设备，采用45

【技术实现步骤摘要】
一种激光立体成形镍基GH3536合金扫描策略方法


[0001]本专利技术属于金属材料增材制造领域，尤其涉及一种激光立体成形镍基GH3536合金扫描策略方法。

技术介绍

[0002]GH3536合金，又被称为Hastelloy
‑
X合金，具有优异的抗氧化和抗腐蚀性能。主要应用于燃气涡轮机，内燃机等航空航天领域。这些零部件内部结构复杂，生产成本高，周期长。如果能将损坏的部件进行修复，将大大降低经济成本，同时节约时间。增材制造相比于传统的修复工艺，具有自动化程度高，变形小等优势，更加适用于飞机中复杂零部件的修复。激光立体成形技术，有些文献也称为激光直接沉积技术等，是目前应用最广的增材制造修复技术。
[0003]镍基高温合金粉末成本相对较高，在激光立体成形过程中，设计处一种扫描路径既可以保证性能，满足使用要求，又可以节约粉末，节省时间尤为重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种较高效的激光立体成形镍基GH3536合金扫描策略方法，从经济角度出发，在保证力学性能的前提下，一方面节约激光立体成形过程中镍基GH3536合金粉末的使用，另一方面缩短了激光立体成形镍基GH3536合金的周期。
[0005]本专利技术的技术方案是：
[0006]一种激光立体成形镍基GH3536合金扫描策略方法，使用CO2激光立体成形设备，采用45
°
交叉光栅式的扫描策略成形GH3536合金；首先在计算机上生成三维模型，然后将三维模型按厚度进行分层，把三维结构转化为二维结构；之后对每层进行路径规划，利用数控系统生成相应可以驱动激光头工作的代码，最后激光按照生成的指令进行逐点，逐面的扫描生成所需形状的三维实体零件。
[0007]所述的激光立体成形镍基GH3536合金扫描策略方法，包括以下步骤：
[0008]1)合金粉末是由雾化喷粉的方式制得，合金粉末的粒度分布在50μm～150μm之间；
[0009]2)按质量百分比计，合金粉末成分是：0.02％Si，0.02％Mn，0.003％B，21.87％Cr，0.056％C，9.12％Mo，1.23％Co，18.2％Fe，0.49％W，余量为Ni；
[0010]3)通过计算机生成欲制备零件的三维CAD模型文件；
[0011]4)将三维实体模型按厚度0.16～0.18mm进行分层，把三维实体模型分解成为二维平面结构，规划短边45
°
交叉光栅式的扫描路径，G代码编写扫描策略的程序，把路径信息生成相应的数控代码以驱动激光工作头运动。
[0012]所述的激光立体成形镍基GH3536合金扫描策略方法，为了减缓激光立体成形过程中残余应力过高引起的变形，采用短边扫描的方式，每扫描一层，扫描方向会顺时针转变90
°
，最终制备16mm
×
16mm
×
50mm的拉伸样品，短边则表示按16mm
×
16mm的面进行扫描，直至高度为50mm。
[0013]所述的激光立体成形镍基GH3536合金扫描策略方法，为了节约粉末和时间，所设计的扫描路径在每一层扫描面上。
[0014]所述的激光立体成形镍基GH3536合金扫描策略方法，CO2激光立体成形设备的工艺参数如下：光斑直径为1.5～2.5mm，送粉量10～12g/min，离焦量为
‑
9～
‑
11mm，搭接率为40～50％，保护气氩气的体积纯度为99.99％以上，气流量为0.2～0.4g/min，Z轴提升量为0.16～0.18mm。
[0015]所述的激光立体成形镍基GH3536合金扫描策略方法，激光处于开启的状态，即送粉扫描的路程有效，扫描速率为1100～1300mm/min；激光处于关闭状态，扫描速率加快为1900～2100mm/min，进而提高成形效率；45
°
交叉光栅式的扫描路径激光功率为1200W。
[0016]本专利技术的设计思想是：
[0017]现有的技术扫描的路径按直角进行扫描，本专利技术设计的扫描路径按斜边进行扫描。在三角形中斜边的距离小于两个直角边，所以设计的路径为45
°
交叉光栅式，缩短扫描路程，既可以节约粉末，又可以节省时间。
[0018]本专利技术的优点及有益效果在于：
[0019]1、现有技术中，往复交叉光栅式扫描路径扫过一个扫描面所需要的时间为12.4488s，每一层所消耗的粉末量为2.28228g；交叉光栅式扫描路径扫过一个面所用的时间为19.152s，所消耗的粉末量为3.5112g。本专利技术采用45
°
交叉光栅式扫描路径成形效率高，并且粉末消耗量小。45
°
交叉光栅式扫描路径扫过一个面所用的时间为12.3672s，所消耗的粉末量为2.26732g。并且，45
°
交叉光栅式扫描路径一个面的面积为16.12mm
×
16.12mm，往复交叉光栅式扫描路径与交叉光栅式扫描路径一个扫描面的面积为15.96mm
×
15.96mm。其中，45
°
交叉光栅式扫描路径所用时间最短，消耗的粉末量最低，扫描面的面积最大，成形效率最高。
[0020]2、在其他工艺参数合适的情况下，本专利技术采用45
°
交叉光栅式扫描路径成形的GH3536合金显微组织无裂纹的存在。
[0021]3、本专利技术采用45
°
交叉光栅式扫描路径成形的GH3536合金的试样具有较好的力学性能，45
°
交叉光栅式扫描路径成形的GH3536合金的试样在室温、500℃和815℃下的拉伸性能，与现有技术中往复交叉光栅式的拉伸性能差异不大，现有技术中交叉光栅式扫描路径的拉伸性能相对较低。三种扫描路径的硬度值相差不大，均在190HV～230HV之间。
附图说明
[0022]图1是优化的实施例1和对比例1、2的扫描路径示意图。图中，(a)实施例1中，45
°
交叉光栅式扫描路径；(b)对比例1中，交叉光栅式扫描路径；(c)对比例2中，往复交叉光栅式扫描路径。
[0023]图2是优化的实施例1的扫描路程示意图和对比例1、2的扫描路程示意图。图中，(a)实施例1，(b)对比例1、2。
[0024]图3是优化的实施例1的纵截面金相显微图。
[0025]图4是优化的实施例1和对比例1、2的室温下工程应力应变曲线。图中，横坐标Engineer strain代表工程应变(％)，纵坐标Engineer stress代表工程应力(MPa)。45
°
cross
‑
grating代表45
°
交叉光栅式扫描路径，Cross
‑
grating交叉光栅式扫描路径，Zig
‑
zag cross
‑
grating代表往复交叉光栅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光立体成形镍基GH3536合金扫描策略方法，其特征在于，使用CO2激光立体成形设备，采用45
°
交叉光栅式的扫描策略成形GH3536合金；首先在计算机上生成三维模型，然后将三维模型按厚度进行分层，把三维结构转化为二维结构；之后对每层进行路径规划，利用数控系统生成相应可以驱动激光头工作的代码，最后激光按照生成的指令进行逐点，逐面的扫描生成所需形状的三维实体零件。2.按照权利要求1所述的激光立体成形镍基GH3536合金扫描策略方法，其特征在于，包括以下步骤：1)合金粉末是由雾化喷粉的方式制得，合金粉末的粒度分布在50μm～150μm之间；2)按质量百分比计，合金粉末成分是：0.02％Si，0.02％Mn，0.003％B，21.87％Cr，0.056％C，9.12％Mo，1.23％Co，18.2％Fe，0.49％W，余量为Ni；3)通过计算机生成欲制备零件的三维CAD模型文件；4)将三维实体模型按厚度0.16～0.18mm进行分层，把三维实体模型分解成为二维平面结构，规划短边45
°
交叉光栅式的扫描路径，G代码编写扫描策略的程序，把路径信息生成相应的数控代码以驱动激光工作头运动。3.按照权利要求2所述的激光立体成形镍基GH3536合金扫描策略方法，其特征在于，为了减缓激光立体成形过程中残余应力过高...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁静静，张雪，李金国，周亦胄，孙晓峰，张宏伟，汤广全，田坤，
申请(专利权)人：沈阳睿贤智能装备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：