鎳基高溫合金憑借其耐高溫、耐腐蝕、耐復雜應力等性能，在制作渦輪發動機工作葉片、導向葉片、飛機發動機以及工業用燃氣輪機等高溫零部件方面具有廣泛的適用性，也因此被稱作“發動機的心臟”。但當這些零部件在高溫、復雜應力，特別 是在海水中等復雜環境下工作時， 容易產生裂紋、磨損、斷裂和腐蝕等，致使零部件大量報廢。采用增材再制造技術對廢舊零部件“再制造”，可使其價值得到最大程度的發揮，獲得巨大的經濟收益 。

增材再制造技術就是利用增材制造技術對廢舊 零部件進行再制造修復：

首先，利用數字加工的一些原理掃描出零部件的3維數字模型；

然后，對數字模型進行后處理，得出缺損部分的3維數字模型；

最后，通過一層一層向上疊加的方式直接快速加工 出缺損部分。

1 焊接工藝

1．1 鎢極氬弧焊

鎢極氬弧焊（GasTungstenArcWelding， GTAW）是以鎢棒作為電弧一極的氣體保護電弧焊。其應用非常靈活，尤其是與激光熔覆相比，可以更容易地處理銅、鋁、鎂等有色金屬的增材再制造。此外，其弧長及電弧穩定性好，焊接電流下限不受焊絲 熔滴過渡等因素制約，最低焊接電流可用到2A。但它自身仍有一些不足：一方面，鎢極的承載能力有 限，過大電流容易使鎢極燒損，從而限制了熔深；另 一方面，隨著電流的增大，鎢極電弧的發散變得嚴重，使得熔池成形之后塌陷，嚴重影響成形質量。

1．2等離子弧焊

以等離子弧為焊接熱源的增材再制造方法稱為等離子增材再制造（PlasmaAdditiveＲemanufactu-ring，PAＲ）。其中，等離子弧是一種壓縮的鎢極氬弧，鎢極氬弧最高溫度為10000～24000K，能量密 度小于104W/cm2 ，而等離子弧的溫度高達24000 ～50000K，能量密度可達106～108W/cm2。依靠噴嘴的機械壓縮作用，同時伴隨著最小電壓原理 產生的熱壓縮以及弧柱本身的電磁壓縮，使等離子 弧的能量密度遠遠超過鎢極氬弧，甚至能夠達到激光的能量密度 ，圖1為二者電弧形態的對比，自由電弧的擴散角約為45°，等離子弧則僅有5°。

1．3激光熔覆成形

以激光為熱源的增材再制造成形技術通常被稱為激光熔覆成形（LaserDepositionForming，LDF），是目前發展最為廣泛的增材制造技術之一。控制LDF成形質量的因素主要有激光功率、掃描速度、粉末粒度、送粉量和載氣流量等。與GTAW和PAＲ相 比， LDF成形過程需要考慮粉末對激光的吸收率。當送粉量一定時，可通過調節激光功率和掃描速度來獲得所需的激光能量。LDF的顯著特點是能量密度高、電弧熱量集中、焊接熱影響區小、溫度梯度大、 成形效率高，但焊后有很高的殘余應力，因此多 采用脈沖方式調節激光的熱輸入。目前的研究結果表明：采用脈沖激光熔覆成形可獲得稍低的熱 輸入量，能對焊接成形有更好的控制。

為了對比在不同焊接工藝下快 速成形的綜合有效性， Martina等利用直接成形的寬度、層間高度等參數進行建模，結果表明：PAＲ 比GTAW和LDF直接成形都具有顯著優勢。不同 焊接工藝成形性對比如圖2所示。總之，基于不同焊接工藝的增材再制造技術各有特點：GTAW效率高、設備成本低，但其輸入熱量大、零件成形精度不高；脈沖LDF熱輸入量小、焊接熱影響區小，且成形效果優良，但其設備價格昂貴；PAＲ技術在設備成本上相較于LDF具有顯著優勢，其沉積效率約為98%，最大沉積率可達到1．8kg/h，成形零件的有效寬度和沉積率高于GTAW和LDF。

(責任編輯：admin)