本發(fā)明涉及一種鈦合金薄壁構(gòu)件激光增材制造成形方法，特別涉及一種多分支、薄壁鈦合金結(jié)構(gòu)的制備方法，是基于激光選區(qū)熔化成形和激光熔覆技術(shù)的結(jié)構(gòu)制備方法，所述的薄壁是指鈦合金的厚度不大于5mm，尤其適用于壁厚為2-4mm的鈦合金結(jié)構(gòu)的成形，屬于鈦合金結(jié)構(gòu)的加工成形技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

航天器上采用了大量復(fù)雜薄壁輕量化的鈦合金次承力結(jié)構(gòu)件，主要特點包括：薄壁結(jié)構(gòu)，外形復(fù)雜，種類多樣，尺寸穩(wěn)定性及力學(xué)性能要求高，產(chǎn)品安裝面空間角度等尺寸精度要求高。

目前，一般采用傳統(tǒng)制造工藝“鑄造+機械加工”，鑄件質(zhì)量不易控制，星敏鈦合金支撐結(jié)構(gòu)的鑄造周期4-6個月，鑄造完成后，經(jīng)測量，支撐筒1軸線與X軸角度偏差0.8°、設(shè)備支撐筒1軸線與Y軸角度偏差0.8°、設(shè)備支撐筒1軸線與Z軸角度偏差0.23°(圖紙要求±0.05°)，其它兩個支撐筒與3個坐標軸線角度合格。由角度超差引起的結(jié)構(gòu)尺寸變化已全部“吃”掉了鑄造余量，導(dǎo)致產(chǎn)品報廢。此外，鈦合金鑄造精度有限(精度依靠留余量，機械加工保證)，鑄件壁厚必須大于5mm，后續(xù)機械加工量大，由于存在無法切削加工的區(qū)域(分支腔體內(nèi)側(cè)壁)，導(dǎo)致產(chǎn)品無法滿足重量要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：克服傳統(tǒng)制造工藝鑄件質(zhì)量不易控制、研制周期長、鑄造精度有限等缺點，提供一種鈦合金薄壁構(gòu)件激光增材制造成形方法，該方法能夠解決尺寸穩(wěn)定性問題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種鈦合金薄壁構(gòu)件激光增材制造成形方法，所述的鈦合金薄壁構(gòu)件包括三個圓筒組合成的支撐筒和板狀結(jié)構(gòu)的底部支架，首先對支撐筒采用激光選區(qū)熔化成形，對底部支架采用激光選區(qū)熔化成形，然后通過激光熔覆方法把支撐筒和底部支架連連接為一個整體；

該方法的步驟包括：

(1)采用激光選區(qū)熔化成形的方法成形底部支架，成形時的工藝參數(shù)為：激光功率為300-370W，光斑直徑為0.05-0.1mm，掃描速度為1000-1500mm/s，鋪粉厚度為0.02-0.05mm，成形結(jié)束后得到帶有基板和支撐的底部支架；

(2)采用激光選區(qū)熔化成形的方法成形支撐筒，成形時的工藝參數(shù)為：激光功率為300-370W，光斑直徑為0.05-0.1mm，掃描速度為1000-1500mm/s，鋪粉厚度為0.02-0.05mm，成形結(jié)束后得到帶有基板和支撐的支撐筒；

(3)對步驟(1)得到的帶有基板和支撐的底部支架和步驟(2)得到的帶有基板和支撐的支撐筒同時進行熱處理，熱處理的工藝參數(shù)為：溫度為780-820℃，保溫時間為2-4h，工作壓強不大于6.7×10^-2Pa，保溫結(jié)束后隨爐冷卻；

(4)將步驟(3)熱處理后的底部支架和支撐筒進行線切割，去除基板，得到僅帶有支撐的底部支架和支撐筒；

(5)去除底部支架和支撐筒的支撐，得到底部支架和支撐筒，并對底部支架和支撐筒表面進行打磨、噴砂處理；

(6)將底部支架和支撐筒先采用工裝進行機械固定，然后采用激光熔覆的方法進行連接，激光熔覆的工藝參數(shù)為：激光功率為400-500W，光斑直徑為0.05-0.2mm，掃描速度為1000-1800mm/min，層厚0.05-0.1mm，激光熔覆結(jié)束后再將機械連接時采用的工裝去除，得到鈦合金整體構(gòu)件。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

(1)傳統(tǒng)制造工藝采用“鑄造+機械加工”，制造周期長達4-6個月，鑄件質(zhì)量不易控制，零件的廢品率(次品率)較高，且鑄件壁厚必須大于5mm，后續(xù)機械加工量大。本發(fā)明采取上述技術(shù)方案后，獲得的鈦合金復(fù)雜薄壁構(gòu)件壁厚達到4mm，尺寸精度達到0.1mm，制造周期縮短了50％；

(2)采用上述制造技術(shù)可以滿足復(fù)雜薄壁殼體結(jié)構(gòu)件高精度、高性能制造需求。

附圖說明

圖1為鈦合金構(gòu)件中支撐筒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為鈦合金構(gòu)件中底部支架的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為支撐筒與底部支架連接成的鈦合金整體構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

一種鈦合金薄壁構(gòu)件激光增材制造成形方法，所述的鈦合金薄壁構(gòu)件包括三個圓筒組合成的支撐筒和板狀結(jié)構(gòu)的底部支架。首先對支撐筒采用激光選區(qū)熔化成形，對底部支架采用激光選區(qū)熔化成形，然后通過激光熔覆方法把支撐筒和底部支架連接為一個整體。

該方法的步驟包括：

(1)采用激光選區(qū)熔化成形的方法成形底部支架，成形時的工藝參數(shù)為：激光功率為300-370W，光斑直徑為0.05-0.1mm，掃描速度為1000-1500mm/s，鋪粉厚度為0.02-0.05mm，成形結(jié)束后得到帶有基板和支撐的底部支架；

(2)采用激光選區(qū)熔化成形的方法成形支撐筒，成形時的工藝參數(shù)為：激光功率為300-370W，光斑直徑為0.05-0.1mm，掃描速度為1000-1500mm/s，鋪粉厚度為0.02-0.05mm，成形結(jié)束后得到帶有基板和支撐的支撐筒；

(3)對步驟(1)得到的帶有基板和支撐的底部支架和步驟(2)得到的帶有基板和支撐的支撐筒同時進行熱處理，熱處理的工藝參數(shù)為：溫度為780-820℃，保溫時間為2-4h，工作壓強不大于6.7×10^-2Pa，保溫結(jié)束后隨爐冷卻；

(4)將步驟(3)熱處理后的底部支架和支撐筒進行線切割，去除基板，得到僅帶有支撐的底部支架和支撐筒；

(5)去除底部支架和支撐筒的支撐，得到底部支架和支撐筒，并對底部支架和支撐筒表面進行打磨、噴砂處理；

(6)將底部支架和支撐筒先采用工裝進行機械固定，然后采用激光熔覆的方法進行連接，激光熔覆的工藝參數(shù)為：激光功率為400-500W，光斑直徑為0.05-0.2mm，掃描速度為1000-1800mm/min，層厚0.05-0.1mm，激光熔覆結(jié)束后再將機械連接時采用的工裝去除，得到鈦合金整體構(gòu)件。

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1

一種鈦合金薄壁構(gòu)件激光增材制造成形方法，如圖1～3所示，所述的鈦合金薄壁構(gòu)件包括三個圓筒組合成的支撐筒和板狀結(jié)構(gòu)的底部支架，該方法的步驟包括：

(1)采用激光選區(qū)熔化成形的方法分別成形底部支架和支撐筒，成形時的工藝參數(shù)均為：激光功率為350W，光斑直徑為0.08mm，掃描速度為1100mm/s，鋪粉厚度為0.03mm；

(2)對帶有基板和支撐的底部支架和帶有基板和支撐的支撐筒同時進行熱處理，熱處理的工藝參數(shù)為：溫度為800℃，保溫時間為2.5h，工作壓強1×10^-3Pa，保溫結(jié)束后隨爐冷卻；

(3)將熱處理后的底部支架和支撐筒進行線切割，去除基板，得到僅帶有支撐的底部支架和支撐筒；

(4)去除底部支架和支撐筒的支撐，得到底部支架和支撐筒，并對底部支架和支撐筒表面進行打磨、噴砂處理；

(5)將底部支架和支撐筒先采用工裝進行機械固定，然后采用激光熔覆的方法進行連接，激光熔覆的工藝參數(shù)為：激光功率為420W，光斑直徑為0.12mm，掃描速度為1400mm/min，層厚0.06mm，激光熔覆結(jié)束后再將機械連接時采用的工裝去除，得到鈦合金整體構(gòu)件。

對得到的鈦合金構(gòu)件進行機械性能測試，其隨爐試棒按照GB/T228.1-2010進行測試，測試結(jié)果為：抗拉強度達到1140MPa；硬度試驗按照GB/T231.1-2009進行檢測，測試結(jié)構(gòu)為365HV；表面粗糙度檢測結(jié)果為Ra4.62；制造精度達到0.1mm/100mm。

實施例2

(1)采用激光選區(qū)熔化成形的方法分別成形底部支架和支撐筒，成形時的工藝參數(shù)均為：激光功率為360W，光斑直徑為0.07mm，掃描速度為1200mm/s，鋪粉厚度為0.04mm；

(2)對帶有基板和支撐的底部支架和帶有基板和支撐的支撐筒同時進行熱處理，熱處理的工藝參數(shù)為：溫度為810℃，保溫時間為2h，工作壓強1×10^-3Pa，保溫結(jié)束后隨爐冷卻；

(3)將熱處理后的底部支架和支撐筒進行線切割，去除基板，得到僅帶有支撐的底部支架和支撐筒；

(4)去除底部支架和支撐筒的支撐，得到底部支架和支撐筒，并對底部支架和支撐筒表面進行打磨、噴砂處理；

(5)將底部支架和支撐筒先采用工裝進行機械固定，然后采用激光熔覆的方法進行連接，激光熔覆的工藝參數(shù)為：激光功率為430W，光斑直徑為0.13mm，掃描速度為1450mm/min，層厚0.07mm，激光熔覆結(jié)束后再將機械連接時采用的工裝去除，得到鈦合金整體構(gòu)件。

對得到的鈦合金構(gòu)件進行機械性能測試，其隨爐試棒按照GB/T228.1-2010進行測試，測試結(jié)果為：鈦合金構(gòu)件的抗拉強度達到1150MPa；硬度試驗按照GB/T231.1-2009進行檢測，測試結(jié)構(gòu)為369HV；表面粗糙度檢測結(jié)果為Ra4.12；制造精度達到0.1mm/100mm。