方法及装置中冷却喷嘴的结构示意图。
[0023]如图1和图2所示，本发明实施例提供一种控制激光熔覆单晶合金过程中组织生长的方法，其通过主动冷却装置在激光熔覆镍基单晶涡轮叶片8尖端时对所述镍基单晶涡轮叶片8的两侧进行主动冷却，从而增强所述镍基单晶涡轮叶片8轴向的温度梯度。
[0024]本发明提供的控制激光熔覆单晶合金过程中组织生长的方法及装置通过主动冷却装置主动冷却熔覆周围区域，特别是镍基单晶涡轮叶片8的两侧外壁，增大了熔池沿垂直叶尖方向的温度梯度，从而增强单晶组织的外延生长能力，减小等轴晶的产生，实现单晶组织在多层熔覆过程中的连续生长，从而满足镍基单晶涡轮叶片8叶尖磨损的接长修复要求。
[0025]在本实施例中，所述主动冷却装置包括空气压缩机1、涡流管2和两个冷却喷嘴3，所述空气压缩机I的入口端通入气体，其出口端接入所述涡流管2，所述两个冷却喷嘴3均设置于激光熔覆装置中激光喷嘴7的周侧，并与所述激光喷嘴7随动，所述两个冷却喷嘴3的一端均接入所述涡流管2的出口端，所述两个冷却喷嘴3的另一端分别对准所述镍基单晶祸轮叶片8的两侧。
[0026]进一步的，所述冷却喷嘴3的另一端均分别斜向下对准所述镍基单晶涡轮叶片8的两侧靠近叶片位置，以使镍基单晶涡轮叶片8的两侧能够更好地形成冷却气流，增加其冷却效果。
[0027]所述主动冷却装置的具体工作方法包括:将氩气、空气经过空气压缩机I后形成的高压气流接入涡流管2，该高压气流在涡流管2中产生的低温气流，该低温气流通过冷却喷嘴3在激光熔覆区域周围形成冷却流场，主动冷却镍基单晶涡轮叶片8的两侧靠近叶片位置，氩气的使用保证了镍基单晶涡轮叶片8的熔覆环境不受外界的干扰。
[0028]进一步的，所述空气压缩机I的出口压力控制在20_25Mpa，所述涡流管2产生的冷却气流温度控制在_30°C?_15°C，以使其冷却效果达到最佳。
[0029]进一步的，同时通过CCD(Charge-coupled Device)或CMOS (Complementary MetalOxide Semiconductor)红外相机监测并记录激光恪池附近的温度分布，通过闭环反馈实时控制激光熔覆时的工艺参数，使得熔池凝固界面沿着竖直方向的温度梯度保持在I X 17?I X 19摄氏度/米以及激光熔池的尺寸保持在D:W:H = I?1.5:4?5:2?3，其中D为基材熔化深度，W为熔池宽度，H为熔池高度，以增强单晶组织的外延生长能力。
[0030]在本实施例中，所述激光熔覆装置包括控制器4、光纤激光发生器5、送粉器6和激光喷嘴7，所述光纤激光发生器5发出的激光与送粉器6送出的镍基粉末共同通过所述激光喷嘴7对镍基单晶涡轮叶片8进行激光熔覆，所述控制器用于控制光纤激光发生器5和送粉器6工作，该激光熔覆装置的结构为现有技术，故在此便不再赘述。
[0031]进一步的，所述激光熔覆装置还包括环境控制箱9，所述镍基单晶涡轮叶片8的熔覆过程均在所述环境控制箱9中完成，所述环境控制箱中充有氩气以保证镍基单晶涡轮叶片8的熔覆环境不受外界的干扰。
[0032]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些改动和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种控制激光熔覆单晶合金过程中组织生长的方法，其特征在于，通过主动冷却装置在激光熔覆镍基单晶涡轮叶片尖端时对所述镍基单晶涡轮叶片的两侧进行主动冷却，从而增强所述镍基单晶涡轮叶片轴向的温度梯度。
2.根据权利要求1所述的控制激光熔覆单晶合金过程中组织生长的方法，其特征在于，所述主动冷却装置的具体工作方法包括:将氩气、空气经过空气压缩机后形成的高压气流接入涡流管，涡流管产生的低温气流通过冷却喷嘴在激光熔覆区域周围形成冷却流场，主动冷却镍基单晶涡轮叶片的两侧。
3.根据权利要求1所述的控制激光熔覆单晶合金过程中组织生长的方法，其特征在于，所述空气压缩机的出口压力控制在20-25Mpa。
4.根据权利要求1所述的控制激光熔覆单晶合金过程中组织生长的方法，其特征在于，所述涡流管产生的冷却气流温度控制在_30°C?-15°C。
5.根据权利要求1所述的控制激光熔覆单晶合金过程中组织生长的方法，其特征在于，通过CCD或CMOS红外相机监测并记录激光熔池附近的温度分布，通过闭环反馈实时控制工艺参数，使得熔池凝固界面沿着竖直方向的温度梯度保持在I X 17?IXlO9摄氏度/米以及激光熔池的尺寸保持在D:W:H= I?1.5:4?5:2?3，其中D为基材熔化深度，W为熔池宽度，H为熔池高度。
6.—种控制激光熔覆单晶合金过程中组织生长的装置，其特征在于，所述装置为如权利要求1-5中任一项所述的主动冷却装置，所述主动冷却装置包括空气压缩机、涡流管和两个冷却喷嘴，所述空气压缩机的入口端通入气体，其出口端接入所述涡流管，所述两个冷却喷嘴均设置于激光熔覆装置中激光喷嘴的周侧，并与所述激光喷嘴随动，所述两个冷却喷嘴的一端均接入所述涡流管的出口端，所述两个冷却喷嘴的另一端分别对准所述镍基单晶涡轮叶片的两侧。
7.根据权利要求6所述的控制激光熔覆单晶合金过程中组织生长的装置，其特征在于，所述冷却喷嘴的另一端均分别斜向下对准所述镍基单晶涡轮叶片的两侧靠近叶尖的位置。
【专利摘要】本发明提供一种控制激光熔覆单晶合金过程中组织生长的方法及装置，其通过主动冷却装置主动冷却熔覆周围区域，特别是镍基单晶涡轮叶片的两侧外壁，增大了熔池沿垂直叶尖方向的温度梯度，从而增强单晶组织的外延生长能力，减小等轴晶的产生，实现单晶组织在多层熔覆过程中的连续生长，从而满足镍基单晶涡轮叶片叶尖磨损的接长修复要求。
【IPC分类】C23C24-10
【公开号】CN104694921
【申请号】CN201510118939
【发明人】刘朝阳, 齐欢
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月18日