本发明涉及激光加工修复技术领域，具体的说，是一种损伤钛合金构件凹槽型缺陷的修复方法。
背景技术：
新型飞机重点考虑了提升推重比的设计理念，许多新技术、新材料被快速发展起来。钛合金材料凭借其高比强度这一优异特性，被广泛应用于航空工业金属构件制造领域。钛合金构件的大量使用极大地提升了新型飞机的推重比，但是钛合金构件相对于传统金属构件在加工方面需求的条件也更加苛刻。大型钛合金构件在整个数控加工过程中，对精度的要求相当严格，但是由于存在一些不可控的因素，钛合金构件的数控加工过程偶尔会出现一些小的误差，引发缺陷的产生，进而造成整个钛合金构件的报废。原有的修复方法主要采用机械连接补强措施，付出很大代价的同时，对于一些特殊的空间结构的缺陷也并不能完全修复。由于钛合金构件的造价相当昂贵，这种大型构件的报废往往会造成上千万的损失，因此发展一种新型的修复方法变得迫在眉睫。
激光熔覆送粉技术凭借其可控性高、材料利用率高、没有空间结构限制等优点，被广泛应用于金属构件的修复工作，但是现有的基于激光熔覆送粉技术的修复方法还需要进一步完善才能满足各种实际情况的需求。钛合金构件在数控加工过程中由于操作失误，会引起一些凹槽型缺陷，由于这些缺陷往往出现在一些关键的位置，因此对这些缺陷不能直接采取机械切除的方式，只能对缺陷区域进行轻微的机械加工。针对这种情况，需要对原有的修复方法进行改进，才能实现对这种凹槽型缺陷的修复工作。
大型钛合金构件关键部位凹槽型缺陷修复的关键在于，在不进行整体机械切除，只进行轻微的机械加工的基础上，如何让修复组织的致密性以及各项性能参数满足修复成功的标准。
现有的修复方法往往需要对产生缺陷的区域进行整体切除，用以构建一个平整的修复区域。对于一些有凹槽型缺陷的区域通常不能进行整体的切除操作，这就使得现有的修复方法不能满足这种情况下的修复工作。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种损伤钛合金构件凹槽型缺陷的修复方法，操作简单、可视化程度高、可以突破空间结构限制的特点，可以实现对精密复杂区域和复杂结构的修复操作。
本发明通过下述技术方案实现：
一种损伤钛合金构件凹槽型缺陷的修复方法，具体包括以下步骤：
步骤s1：待修复缺陷的钛合金构件预处理；
步骤s2：将预处理后的钛合金构件置于氧气含量低于100ppm的氩气环境中，并对钛合金构件的两侧夹持固定；
步骤s3：调整激光器的激光束，使得激光束的焦点高于待修复缺陷区域的下表面100~300μm；
步骤s4：设定扫描和填充轨迹、扫描速度以及内部填充速度；所述扫描轨迹为：先对待修复缺陷的外轮廓扫描，然后进行内部填充扫描；外轮廓扫描的激光功率p外=500w~600w，外轮廓扫描速度v外=6mm/s；内部填充扫描的激光功率p内=700w~800w，内部填充扫描速度v内=8mm/s；
步骤s5：激光熔覆；具体是指：按照设定的填充轨迹进行激光熔覆，装有tc4钛合金粉末的送粉器喷头跟随激光器的激光头同步移动，直至激光熔覆结束。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤s1具体包括以下步骤：
步骤s11：首先对进行钛合金构件的待修复区域初修复，使其构建一个表面光滑平整且上宽下窄的待修复区域；
步骤s12：用丙酮或者酒精对初修复后的待修复区域仔细擦洗；
步骤s13：对待修复区域的三维尺寸测量，获得三维尺寸数值，计算各层熔覆的厚度以及尺寸规格，各层的熔覆厚度为150μm-250μm。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤s5中的熔覆层数为单层时，具体是指：先对待修复缺陷的外轮廓修复，当外轮廓修复完毕以后，再进行内部填充修复，其外轮廓与内部修复组织的位移偏移量为600μm；内部填充修复时，修复组织的偏移量为750μm；所述tc4钛合金粉末的粒度为200目~300目；送粉量数值为15g/min~40g/min。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤s5中的熔覆层数为多层时，具体包括以下步骤：
步骤s51：先对待修复缺陷的外轮廓修复；
步骤s52：当外轮廓修复完毕以后，再进行内部填充修复，直至该层熔覆完成；
步骤s53：重复步骤s51、步骤s52，直至熔覆完成。
其外轮廓修复组织与内部修复组织的位移偏移量为600μm；内部填充修复时，每道修复组织的偏移量为750μm；所述tc4钛合金粉末的粒度为200目~300目；送粉量数值为15g/min~40g/min；激光器的z轴的提升位移为150μm-250μm。
进一步地，为了更好的实现本发明，还包括步骤s6：对熔覆修复后的钛合金构件打磨处理，最后得到一个尺寸精度满足要求的修复组织。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明优化了扫描路径、修复参数；优化扫描路径为了最大限度的保证修复组织与原有基体接触区域的组织的致密性；优化修复参数的优势在于不同的路径采取不同的参数设置，在保证最佳修复质量的前提下，提升了修复效率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
本发明通过下述技术方案实现，一种损伤钛合金构件凹槽型缺陷的修复方法，具体包括以下步骤：
步骤s1：待修复缺陷的钛合金构件预处理；
步骤s2：将预处理后的钛合金构件置于氧气含量低于100ppm的氩气环境中，并对钛合金构件的两侧夹持固定；
步骤s3：调整激光器的激光束，使得激光束的焦点高于待修复缺陷区域的下表面100~300μm；使得与激光器同轴的送粉器的粉末汇聚位置与激光束焦点重合。
调整激光器激光头位置，使激光束辐照在待修复区域的指定位置，调节激光束的焦点使其高于待修复区域的下表面100~300μm。
步骤s4：设定扫描和填充轨迹、扫描速度以及内部填充速度；所述扫描轨迹为：先对待修复缺陷的外轮廓扫描，然后进行内部填充扫描；外轮廓扫描的激光功率p外=500w~600w，外轮廓扫描速度v外=6mm/s；内部填充扫描的激光功率p内=700w~800w，内部填充扫描速度v内=8mm/s；
步骤s5：激光熔覆；具体是指：按照设定的填充轨迹进行激光熔覆，装有tc4钛合金粉末的送粉器喷头跟随激光器的激光头同步移动，直至激光熔覆结束。
设定送粉器的送粉数值，调节送粉量的大小；
设置激光器功率数值，开启激光器，按照设定的扫描轨迹进行激光熔覆修复操作，送粉器喷头跟随激光器的激光头进行同步移动并进行送粉，每层修复完毕以后，关闭激光器；根据设定的扫描轨迹，按照每层的厚度对激光器的z轴提高，从而实现送粉器喷头提高，当激光头移动到指定位置时，再次开启激光器，进行下一层的熔覆修复操作，以此类推，直到设定的运行轨迹全部运行结束以后，关闭激光器，终止熔覆修复操作。
熔覆修复操作完成以后，对熔覆修复组织的多余部分需要进行一个切除工作，把不符合尺寸精度要求的顶端多余部分切除，进而得到一个性能优异的修复组织，修复工作结束。
将外轮廓的激光功率与内部的激光功率、外轮廓扫描速度与内部扫描速度设置为不同的数值从而充分保证修复组织与原有组织的接触区域组织的致密度，提升修复性能、降低裂纹出现的概率，因此要求热量输入不能过高；内部的功率与扫描速度的选取，为了迅速完成修复工作，因此在保证致密性的原则上增加激光功率和扫描速度的数值。
实施例2：
本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤s1具体包括以下步骤：
步骤s11：首先对进行钛合金构件的待修复区域初修复，使其构建一个表面光滑平整且上宽下窄的待修复区域；对于上宽下窄的待修复区域采用数控机床进行切削加工成任意上宽下窄的待修复区域即可。上宽下窄的形状使得激光束能够全面的对修复区域进行扫描；这里的扫描包括外轮廓扫描和内部填充扫描。
步骤s12：用丙酮或者酒精对初修复后的待修复区域仔细擦洗；
步骤s13：对待修复区域的三维尺寸测量，获得三维尺寸数值，计算各层熔覆的厚度以及尺寸规格，各层的熔覆厚度为150μm-250μm。
需要说明的是，通过上述改进，计算各层熔覆的厚度为后续分层熔覆提供层数、每层厚度、每层熔覆的规格提供数据需求。
本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。
实施例3：
本实施例在上述实施例1或实施例2的基础上做进一步优化，进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤s5中的熔覆层数为单层时，具体是指：先对待修复缺陷的外轮廓修复，当外轮廓修复完毕以后，再进行内部填充修复，其外轮廓与内部修复组织的位移偏移量为600μm；内部填充修复时，修复组织的偏移量为750μm；所述tc4钛合金粉末的粒度为200目~300目；送粉量数值为15g/min~40g/min。
在增加外轮廓扫描的基础上，重新优化了外轮廓扫描与内部填充扫描的参数，优化后参数的优势为保证修复效率的前提下，最大限度的保证修复过程中易开裂区域组织的致密性；这里所述的易开裂区域为原有基体组织与修复组织接触部位。
外轮廓功率与扫描速度选取得目标是充分保证修复组织与原有组织的接触区域组织的致密度，提升修复性能、降低裂纹出现的概率，因此要求热量输入不能过高；内部填充功率与扫描速度的选取，为了迅速完成修复工作，因此在保证致密性的原则上增加激光功率和扫描速度的数值。
本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。
实施例4：
本实施例在上述实施例1或实施例2的基础上做进一步优化，进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤s5中的熔覆层数为多层时，具体包括以下步骤：
步骤s51：先对待修复缺陷的外轮廓修复；
步骤s52：当外轮廓修复完毕以后，再进行内部填充修复，直至该层熔覆完成；
步骤s53：重复步骤s51、步骤s52，直至熔覆完成；
其外轮廓修复组织与内部修复组织的位移偏移量为600μm；内部填充修复时，每道修复组织的偏移量为750μm；所述tc4钛合金粉末的粒度为200目~300目；送粉量数值为15g/min~40g/min；激光器的z轴的提升位移为150μm-250μm。
需要说明的是，通过上述改进，使得修复组织的晶粒尺寸大小适中、金相组织结构优异、组织内部以及修复组织与原有基材的接触区域组织致密性良好、无裂纹以及孔洞结构出现。
本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。
实施例5：
本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，还包括步骤s6：对熔覆修复后的钛合金构件打磨处理，最后得到一个尺寸精度满足要求的修复组织。
需要说明的是，通过上述改进，激光熔覆修复操作完成以后，将修复后的钛合金锻梁构件从氩气氛围环境中取出，然后对修复组织的顶端多余部分按照尺寸要求进行切除修正操作，把不符合要求的部分切除，进而得到一个尺寸精度满足要求的修复组织。此时整个修复工作结束。
本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。
实施例6：
本实施例为本发明的具体一种实现方式，tc4钛合金板材表面存在凹槽缺陷，缺陷最大尺寸长度为20mm，最大尺寸宽度为10mm，对缺陷进行机械修正，得到一个上宽下窄的修复区域，其尺寸长度为下长15mm、宽度8mm，上长20mm、宽度11mm，深度为3mm。
对修正后的待修复区域进行修复，具体实施如下：
1、利用丙酮或者酒精对修正后的近梯形缺陷进行擦洗，清除表面污垢，避免对后面修复工作造成影响。
2、激光参数和机床运行参数设定，为了确保修复组织与原有基体组织结合处的组织致密性，对于激光参数的设定采取两种数值，外轮廓扫描激光功率p=500w，机床扫描速度v=6mm/s，（内部扫描，激光功率p=800w，机床扫描速度v=8mm/s。
每层组织进行修复时，先进行外轮廓修复，当外轮廓扫描完毕以后，再进行内部填充，其外轮廓与内部组织的位移偏移量为600μm。内部轮廓扫描时，每道修复组织的偏移量为750μm。
偏移量最佳设置数值范围为熔池宽度的40%~60%之间，当激光功率为500w，扫描速度为6mm/s时，熔池宽度为1200μm，选择偏移600μm，偏移量为50%；同样当激光功率为800w，扫描速度为8mm/s时，熔池宽度为1500μm，选择偏移750μm，偏移量为50%。
每层修复完毕以后，激光器的z轴的提升位移为200μm。
3、针对钛合金(tc4)板材表面的凹槽缺陷修复，采用的是tc4钛合金粉末，送粉量数值为20g/min，最终获得了有效的修复层组织，凹槽内部原有基体与修复组织结合处组织致密，复合修复标准。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。