IPC分类号：
B22F7/06 | B22F10/25 | B33Y10/00 | B33Y40/10
国民经济行业分类号：
C3516 | C3252 | C3251 | C3393
当前申请(专利权)人地址：
710049 陕西省西安市碑林区咸宁西路28号 (陕西,西安,碑林区)
工商统一社会信用代码：
12100000435230200R
发明人：
刘宏 | 姜逸尧 | 娄正计 | 孙泽瑞 | 王悦
摘要：
本发明提供的一种提高单晶高温合金叶片增材修复质量的重熔预处理方法，包括以下步骤：步骤1，对目标单晶高温合金叶片的损伤区域进行修整；步骤2，设定修整后的目标单晶高温合金叶片的损伤区域第一层增材修复区域的特征尺寸；步骤3，根据设定的第一层增材修复区域的特征尺寸确定重熔预处理方案；步骤4，利用重熔预处理方案对修整后的目标单晶高温合金叶片进行重熔加工；步骤5，在重熔完成后的目标单晶高温合金叶片进行增材修复，得到单晶高温合金叶片增材修复件；本发明能够降低增材修复区质量恶化的风险，通过通过采用大电流的方式来进行后续的增材修复，保证了在抑制了增材修复区域杂晶的基础上，实现更快的增材修复速度与更高效的材料利用率。
技术问题语段：
单晶高温合金叶片增材修复中的技术问题是如何有效抑制杂晶的形成，以提高增材修复区的单晶生长情况。
技术功效语段：
本发明提供的重熔预处理方法可以有效提高单晶高温合金叶片的增材修复质量，降低修复区质量恶化的风险。
权利要求：
1.一种提高单晶高温合金叶片增材修复质量的重熔预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对目标单晶高温合金叶片的损伤区域进行修整，得到修整后的目标单晶高温合金叶片；
步骤2，设定修整后的目标单晶高温合金叶片的损伤区域第一层增材修复区域的特征尺寸，其中，所述第一层增材修复区域的特征尺寸包括第一层增材修复区域的熔宽和第一层增材修复区域的熔深；
步骤3，根据设定的第一层增材修复区域的特征尺寸确定重熔预处理方案；
步骤4，利用重熔预处理方案对修整后的目标单晶高温合金叶片进行重熔加工，得到重熔完成后的目标单晶高温合金叶片；
步骤5，在重熔完成后的目标单晶高温合金叶片进行增材修复，得到单晶高温合金叶片增材修复件。
2.根据权利要求1所述的一种提高单晶高温合金叶片增材修复质量的重熔预处理方法，其特征在于，步骤3中，根据设定的第一层增材修复区域的特征尺寸确定重熔预处理方案，具体方法是：
S31，根据设定的第一层增材修复区域的特征尺寸确定重熔预处理的特征尺寸；
S32，利用重熔预处理的特征尺寸确定重熔预处理的加工参数，进而对目标单晶高温合金叶片的损伤区域进行重熔预处理，得到重熔预处理有效区域；
S33，获取重熔预处理有效区域的特征尺寸，根据得到的特征尺寸判断重熔预处理有效区域是否包含第一层增材修复区域，其中：
若重熔预处理有效区域包括第一层增材修复区域，则进入步骤5；
若重熔预处理有效区域不包括第一层增材修复区域，则重新确定重熔预处理的特征尺寸，之后进入S32；
所述重熔预处理有效区域的特征尺寸包括单道重熔区域熔宽、单道重熔区域熔深、枝晶沿[010]方向生长的枝晶区、枝晶沿方向生长的枝晶区和枝晶沿[100]方向生长的枝晶区厚度。
3.根据权利要求2所述的一种提高单晶高温合金叶片增材修复质量的重熔预处理方法，其特征在于，S33中，根据得到的特征尺寸判断重熔预处理有效区域是否包含第一层增材修复区域，具体方法是，当根据得到的特征尺寸满足下列条件时，则确定重熔预处理有效区域包括第一层增材修复区域：
D2>D1+0.1mm；
且
其中，D2为单道重熔区域熔深；W2为单道重熔区域熔宽；为枝晶沿[010]方向生长的枝晶区；为枝晶沿方向生长的枝晶区；为枝晶沿[100]方向生长的枝晶区厚度；D1为第一层增材修复区域熔深；W1为第一层增材修复区域熔宽。
4.根据权利要求2所述的一种提高单晶高温合金叶片增材修复质量的重熔
预处理方法，其特征在于，若重熔预处理有效区域不包含第一层增材修复区域，则重新确定重熔预处理的特征尺寸，具体方法是：
当重熔预处理有效区域的熔宽满足工艺要求，重熔预处理有效区域的熔深不满足工艺要求时，则确定第二道重熔预处理的熔深和枝晶沿[100]方向生长的枝晶区厚度，且满足以下条件：
D3>D1+0.1 mm，T3[100]<D1-0.1 mm其中，D3为重熔预处理的第二道熔深；W2为重熔预处理的第二道熔宽；为枝晶沿[010]方向生长的枝晶区；为枝晶沿方向生长的枝晶区；为枝晶沿[100]方向生长的枝晶区厚度；T3[100]为第二道重熔预处理枝晶沿[100]方向生长的枝晶区厚度；D1为第一层增材修复区域熔深；W1为第一层增材修复区域熔宽。
5.根据权利要求2所述的一种提高单晶高温合金叶片增材修复质量的重熔预处理方法，其特征在于，当重熔预处理有效区域的熔深满足工艺要求，重熔预处理有效区域的熔宽不满足工艺要求时，则确定第二道重熔预处理的熔宽、第二道重熔中枝晶沿[010]方向生长的枝晶区宽度W3[010]、第二道重熔中枝晶沿方向生长的枝晶区宽度第二道重熔中枝晶沿[100]方向生长的枝晶区厚度T3[100]，且满足以下条件：
D2>D1+0.1mm，T3[100]<0.05mm，T2[100]<D1-0.1mm其中，D2为单道重熔区域熔深；为枝晶沿[100]方向生长的枝晶区厚度；D1为第一层增材修复区域熔深；W1为第一层增材修复区域熔宽。
6.根据权利要求1所述的一种提高单晶高温合金叶片增材修复质量的重熔预处理方法，其特征在于，步骤4中，利用等离子重熔预处理对修整后的目标单晶高温合金叶片进行重熔加工。
7.根据权利要求1所述的一种提高单晶高温合金叶片增材修复质量的重熔预处理方法，其特征在于，步骤5中，在重熔完成后的目标单晶高温合金叶片进行增材修复，得到单晶高温合金叶片增材修复件，具体方法是：
根据修整后的目标单晶高温合金叶片确定增材修复成形预期达到的尺寸；
根据增材修复成形预期达到的尺寸确定增材修复的加工参数；
利用加工参数对重熔完成后的目标单晶高温合金叶片进行增材修复，得到单晶高温合金叶片增材修复件。
8.根据权利要求7所述的一种提高单晶高温合金叶片增材修复质量的重熔预处理方法，其特征在于，采用等离子焊接结合金属粉末送给方法对重熔完成后的目标单晶高温合金叶片进行增材修复，加工参数包括：
增材电流为0-60A，扫描速度为0-0.6m/min。
9.根据权利要求8所述的一种提高单晶高温合金叶片增材修复质量的重熔预处理方法，其特征在于，加工参数包括：
增材电流为20-60A，扫描速度为0.2-0.6m/min。
技术领域：
[0001]本发明属于材料增材修复领域，具体涉及一种提高单晶高温合金叶片增材修复质量的重熔预处理方法。
背景技术：
[0002]单晶高温合金由于消除了晶界，相比传统等轴晶及定向晶具有更优越的高温强度、抗疲劳和抗氧化等性能，广泛应用于航空发动机涡轮叶片等核心热端部件。同时，叶片结构的复杂性导致叶片制造难度很大，因此单晶叶片数量缺口巨大且新叶片生产成本极其高昂。故通过对失效的叶片进行修复，来恢复叶片的形状和性能，可以大大降低航空发动机寿命周期内的综合成本，显著提高经济效益。
[0003]单晶高温合金叶片增材修复最主要的挑战是确保液态金属凝固过程中枝晶可以稳定外延生长，也就是要最大程度地抑制杂晶的形成。目前单晶高温合金叶片增材修复过程中，在靠近基体中熔化线的增材修复区底部仍然存在无法通过调控增材修复工艺参数来有效抑制的杂晶，这是因为该区域受到基体枝晶间产生的成分偏析和熔化线两侧枝晶尺寸突变等影响；加之增材修复过程中该区域杂晶外延生长的风险较大，这将极大影响增材修复区单晶生长情况，使增材修复区质量恶化的风险增加。
发明内容：
[0004]本发明的目的在于提供一种提高单晶高温合金叶片增材修复质量的重熔预处理方法，解决了现有技术中难以通过调控增材修复工艺参数来有效抑制在靠近基体中熔化线的增材修复区底部中杂晶的问题，来降低因该区域杂晶进一步外延生长而使增材修复区质量进一步恶化的风险。
[0005]为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0006]本发明提供的一种提高单晶高温合金叶片增材修复质量的重熔预处理方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，对目标单晶高温合金叶片的损伤区域进行修整，得到修整后的目标单晶高温合金叶片；
[0008]步骤2，设定修整后的目标单晶高温合金叶片的损伤区域第一层增材修复区域的特征尺寸，其中，所述第一层增材修复区域的特征尺寸包括第一层增材修复区域的熔宽和第一层增材修复区域的熔深；
[0009]步骤3，根据设定的第一层增材修复区域的特征尺寸确定重熔预处理方案；
[0010]步骤4，利用重熔预处理方案对修整后的目标单晶高温合金叶片进行重熔加工，得到重熔完成后的目标单晶高温合金叶片；
[0011]步骤5，在重熔完成后的目标单晶高温合金叶片进行增材修复，得到单晶高温合金叶片增材修复件。
[0012]优选地，步骤3中，根据设定的第一层增材修复区域的特征尺寸确定重熔预处理方案，具体方法是：
[0013]S31，根据设定的第一层增材修复区域的特征尺寸确定重熔预处理的特征尺寸；
[0014]S32，利用重熔预处理的特征尺寸确定重熔预处理的加工参数，进而对目标单晶高温合金叶片的损伤区域进行重熔预处理，得到重熔预处理有效区域；
[0015]S33，获取重熔预处理有效区域的特征尺寸，根据得到的特征尺寸判断重熔预处理有效区域是否包含第一层增材修复区域，其中：
[0016]若重熔预处理有效区域包括第一层增材修复区域，则进入步骤5；
[0017]若重熔预处理有效区域不包括第一层增材修复区域，则重新确定重熔预处理的特征尺寸，之后进入S32；
[0018]所述重熔预处理有效区域的特征尺寸包括单道重熔区域熔宽、单道重熔区域熔深、枝晶沿[010]方向生长的枝晶区、枝晶沿方向生长的枝晶区和枝晶沿[100]方向生长的枝晶区厚度。
[0019]优选地，S33中，根据得到的特征尺寸判断重熔预处理有效区域是否包含第一层增材修复区域，具体方法是，当根据得到的特征尺寸满足下列条件时，则确定重熔预处理有效区域包括第一层增材修复区域：
[0020]D2>D1+0.1mm；
[0021]
[0022]其中，D2为单道重熔区域熔深；W2为单道重熔区域熔宽；为枝晶沿[010]方向生长的枝晶区；为枝晶沿方向生长的枝晶区；为枝晶沿[100]方向生长的枝晶区厚度；D1为第一层增材修复区域熔深；W1为第一层增材修复区域熔宽。
[0023]优选地，若重熔预处理有效区域不包含第一层增材修复区域，则重新确定重熔预处理的特征尺寸，具体方法是：
[0024]当重熔预处理有效区域的熔宽满足工艺要求，重熔预处理有效区域的熔深不满足工艺要求时，则确定第二道重熔预处理的熔深和枝晶沿[100]方向生长的枝晶区厚度，且满足以下条件：
[0025]
[0026]其中，D3为重熔预处理的第二道熔深；W2为重熔预处理的第二道熔宽；为枝晶沿[010]方向生长的枝晶区；为枝晶沿方向生长的枝晶区；为枝晶沿[100]方向生长的枝晶区厚度；T3[100]为第二道重熔预处理枝晶沿[100]方向生长的枝晶区厚度；D1为第一层增材修复区域熔深；W1为第一层增材修复区域熔宽。
[0027]优选地，当重熔预处理有效区域的熔深满足工艺要求，重熔预处理有效区域的熔宽不满足工艺要求时，则确定第二道重熔预处理的熔宽、第二道重熔中枝晶沿[010]方向生长的枝晶区宽度W3[010]、第二道重熔中枝晶沿方向生长的枝晶区宽度第二道重熔中枝晶沿[100]方向生长的枝晶区厚度T3[100]，且满足以下条件：
[0028]
[0029]其中，D2为单道重熔区域熔深；为枝晶沿[100]方向生长的枝晶区厚度；D1为第一层增材修复区域熔深；W1为第一层增材修复区域熔宽。
[0030]优选地，步骤4中，利用等离子重熔预处理对修整后的目标单晶高温合金叶片进行重熔加工。
[0031]优选地，步骤5中，在重熔完成后的目标单晶高温合金叶片进行增材修复，得到单晶高温合金叶片增材修复件，具体方法是：
[0032]根据修整后的目标单晶高温合金叶片确定增材修复成形预期达到的尺寸；
[0033]根据增材修复成形预期达到的尺寸确定增材修复的加工参数；
[0034]利用加工参数对重熔完成后的目标单晶高温合金叶片进行增材修复，得到单晶高温合金叶片增材修复件。
[0035]优选地，采用等离子焊接结合金属粉末送给方法对重熔完成后的目标单晶高温合金叶片进行增材修复，加工参数包括：
[0036]增材电流为0-60A，扫描速度为0-0.6m/min。
[0037]优选地，加工参数包括：
[0038]增材电流为20-60A，扫描速度为0.2-0.6m/min。
[0039]与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0040]本发明提供的一种提高单晶高温合金叶片增材修复质量的重熔预处理方法，首先通过基体的重熔预处理后，可以有效避免直接在基体的大尺寸枝晶上进行增材修复，减小了因在靠近基体中熔化线两侧枝晶尺寸差异过大而导致的杂晶风险，此外，重熔预处理也有效避免因基体的成分偏析而产生的杂晶；因此重熔预处理可以有效抑制靠近基体中熔化线的增材修复熔化区底部杂晶，有效降低了后续增材修复过程中该区域杂晶进一步外延生长的风险，提升了之后增材修复区单晶生长情况；综上所述，最终显著降低了增材修复区质量恶化的风险。此外，在重熔预处理的基础上，还可以采用大电流的方式来进行后续的增材修复，这样可以保证在抑制了增材修复区域杂晶的基础上，实现更快的增材修复速度与更高效的材料利用率。
具体实施方式：
[0045]以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
[0046]实施例1
[0047]本实施例提供的一种提高单晶高温合金叶片增材修复质量的重熔预处理方法，包括以下步骤：
[0048]步骤1，对目标单晶高温合金叶片的损伤区域进行修整，得到修整后的目标单晶高温合金叶片；
[0049]步骤2，设定修整后的目标单晶高温合金叶片的损伤区域第一层增材修复区域的特征尺寸，该特征尺寸包括初始熔宽和初始熔深；
[0050]步骤3，根据设定的第一层增材修复区域的特征尺寸确定第一道重熔预处理的特征尺寸，该特征尺寸包括初始重熔预处理熔宽和初始重熔预处理熔深；
[0051]步骤4，根据该特征尺寸确定第一道重熔预处理的加工参数；利用确定的第一道重熔预处理的加工参数在修整后的目标单晶高温合金叶片的损伤区域进行重熔预处理，获取第一道重熔预处理的预处理特征尺寸，该预处理特征尺寸包括第一道重熔熔宽W2、第一道重熔熔深D2、枝晶沿[010]方向生长的枝晶区宽度W2[010]、枝晶沿方向生长的枝晶区宽度枝晶沿[100]方向生长的枝晶区厚度T2[100]；
[0052]步骤5，判断该第一道重熔预处理有效区域是否包含第一层增材修复区域，其中：
[0053]若第一道重熔预处理有效区域包含第一层增材修复区域，则在第一道重熔预处理有效区域的基础上，在修整后的目标单晶高温合金叶片的损伤区域进行增材修复，得到单晶高温合金叶片增材修复件；
[0054]若第一道重熔预处理有效区域不包含第一层增材修复区域，则在第一道重熔预处理有效区域的基础上重新确定重熔预处理的特征尺寸，之后进入步骤4。
[0055]实施例2
[0056]在实施例1的基础上，本实施例提供的一种提高单晶高温合金叶片增材修复质量的重熔预处理方法，步骤5中，判断该第一道重熔预处理有效区域是否包含第一层增材修复区域，具体方法是，当根据得到的特征尺寸满足下列条件时，则确定重熔预处理有效区域包括第一层增材修复区域：
[0057]
[0058]实施例3
[0059]在实施例1的基础上，本实施例提供的一种提高单晶高温合金叶片增材修复质量的重熔预处理方法，步骤5中，若第一道重熔预处理有效区域不包含第一层增材修复区域，则在第一道重熔预处理有效区域的基础上重新确定重熔预处理的特征尺寸，具体方法是：
[0060]判断第一道重熔熔宽和第一道重熔熔深是否满足工艺要求，其中：
[0061]当第一道重熔熔宽满足工艺要求，第一道重熔熔深不满足工艺要求时，则确定第二道重熔预处理的熔深和枝晶沿[100]方向生长的枝晶区厚度，且满足以下条件：
[0062]
[0063]当第一道重熔熔宽不满足工艺要求，第一道重熔熔深满足工艺要求时，则确定第二道重熔预处理的熔宽、第二道重熔中枝晶沿[010]方向生长的枝晶区宽度W3[010]、第二道重熔中枝晶沿方向生长的枝晶区宽度第二道重熔中枝晶沿[100]方向生长的枝晶区厚度T3[100]，且满足以下条件：
[0064]
[0065]实施例4
[0066]本实施例所述的一种提高单晶高温合金叶片增材修复质量的重熔预处理方法，具体实施方式采用等离子热源结合粉末送给的方式进行加工，其包括以下步骤：
[0067]步骤1，基于实际的损伤叶片的形貌，在考虑后续增材修复实际操作的情况下，对损伤表面进行修整和清理，包括切割、打磨与冲洗工作；
[0068]步骤2，按照预期增材修复成形尺寸，确定增材修复过程所采用的加工参数，包括修复路径、热源种类、材料送给方式和具体修复工艺参数；
[0069]步骤3，利用确定的加工参数获得第一层增材修复区域，并对其特征尺寸进行测定，确定第一层增材修复区域的熔宽W1和熔深D1；
[0070]步骤4，对第一层增材修复区域特征尺寸进行分析，确定重熔预处理道数和每道重熔预处理所采用的加工参数，利用确定的加工参数获得基体重熔预处理区域；
[0071]步骤5，对单道重熔预处理而言，就其特征尺寸进行测定，确定单道重熔区域熔宽W2、熔深D2、枝晶沿[010]方向生长的枝晶区宽度枝晶沿方向生长的枝晶区宽度和枝晶沿[100]方向生长的枝晶区厚度且应满足D2>D1+0.1mm，来保证单道重熔预处理有效区域包含第一层增材修复区域；
[0072]步骤6，当熔预处理有效区域不包含第一层增材修复区域，且第一道熔深不足时，确定第二道重熔区域的熔深D3、第二道重熔中枝晶沿[100]方向生长的枝晶区厚度T3[100]，且满足D3>D1+0.1mm，T3[100]<D1-0.1mm，来保证第二道重熔预处理有效区域包含第一层增材修复区域；
[0073]步骤7，当熔预处理有效区域不包含第一层增材修复区域，且第一道熔宽不足时，确定第二道重熔区域的熔宽W3、第二道重熔中枝晶沿[010]方向生长的枝晶区宽度W3[010]、第二道重熔中枝晶沿方向生长的枝晶区宽度第二道重熔中枝晶沿[100]方向生长的枝晶区厚度T3[100]，且应满足D2>D1+0.1mm，T3[100]<0.05mm，T2[100]<D1-0.1mm，来保证第二重熔预处理有效区域包含第一层增材修复区域；
[0074]步骤8，当第二道重熔预处理的有效区域不包含第一层增材修复区域，且第二道重熔熔宽仍不满足工艺要求时，确定第三道重熔区域的熔宽W5、第三道重熔中枝晶沿方向生长的枝晶区宽度第三道重熔中枝晶沿[100]方向生长的枝晶区厚度T4[100]，且应满足D2>D1+0.1mm，T3[100]<0.05mm，T4[100]<0.05mm，T2[100]<D1-0.1mm，来保证多道重熔预处理有效区域包含第一层增材修复区域；
[0075]步骤9，当重熔预处理的有效区域包含第一层增材修复区域时，根据需要的增材修复加工参数，在重熔预处理的有效区域基础上进行增材修复，最终获得高质量的单晶高温合金叶片增材修复件。
[0076]根据本实施例的增材修复加工流程，对实际受损的待修复区域进行修整和清洁处理，有利于后续的重熔预处理与增材修复加工。对实际不规则的受损叶片表面先利用线切割对突出部分进行切除，后利用砂轮打磨平整，接着依次使用400、1000、1500目砂纸进一步打磨，之后使用清水和酒精进行冲洗，最后将表面烘干以备后续使用。
[0077]根据增材修复成形预期达到的尺寸，确定进行增材修复过程的加工参数。采用等离子焊接结合金属粉末送给的方式，在镍基单晶高温合金基体上进行增材修复加工。所述工艺选用连续等离子弧焊为基础，配合同轴送粉装置进行金属粉末的送给，其中离子气与送粉气都使用纯氩气。通过调整焊接电流和焊接速度，来获得合适的熔宽和熔深。
[0078]等离子送粉增材修复加工参数选择范围：增材电流选择范围0-60A，扫描速度选择范围0-0.6m/min。
[0079]为保证较高的粉末熔覆率，通过对等离子增材修复中增材电流参数进行调整以对金属粉末熔覆率进行优化，获得具有较高粉末利用率的增材层。其中，增材电流不小于20A。较高的粉末熔覆效率，一方面可以保证更高的材料利用率，降低生产成本；另一方面可以保证在多层粉末增材过程中每一层的粉末尽可能定量熔化，有利于后续对增材区宏观形貌的调控。
[0080]为保证高效率的增材加工，通过对等离子增材修复中扫描速度进行调整与优化，来获得加工效率更高的增材层。其中，扫描速度不小于0.2m/min。更高效的增材制造可以保证更短的加工时间，有利于提升整体生产效率。
[0081]对等离子粉末送给增材修复后实际的第一层增材修复区域几何尺寸进行标定，获得实际熔宽W1和熔深D1。
[0082]根据第一层增材修复区域熔宽W1和熔深D1，确定采用等离子重熔预处理对镍基单晶高温合金基体进行加工。所述等离子重熔预处理以等离子弧焊为基础，选用热输入较小的等离子连续焊热源，通过对离子气流量的调试与改进，获得具有表面平整无缺陷的焊缝，其中离子气可选用纯氩气。在此基础上，通过调整改进焊接电流和焊接速度，来获得内部熔池边缘杂晶含量少和合适熔宽熔深的重熔区。同时为满足在一定熔深下重熔区顶部单晶有良好的生长取向，采用多道等离子重熔相叠加的方式保证重熔区的熔宽、熔深和晶体取向满足第一层增材修复的要求。
[0083]对多道等离子重熔预处理后实际的重熔区域尺寸进行测定，确定多道重熔区域总熔宽W5、第一道熔深枝晶方向与基体不同的各道重熔枝晶区宽度厚度和等离子重熔预处理参数选择范围：重熔电流选择范围0-40A，扫描速度选择范围0-0.5m/min。
[0084]为保证较好的重熔表面，通过对等离子重熔预处理中离子气流量参数进行调整以对熔池形貌进行整形，获得具有平整无裂纹的重熔区表面，同时保证熔池深度与宽度。其中，离子气流量不小于0.3L/min，所获得的重熔区域深度不小于0.300mm。较大熔深的重熔预处理区域可以有效与之后的等离子增材熔深相适配，保证在增材过程中单晶的进一步生长是在重熔预处理后的单晶基础上进行的。
[0085]为保证抑制熔池边界杂晶和一定熔深的实现，通过对重熔电流和扫描速度进行调整与优化以获得杂晶含量少且熔深满足增材要求的重熔区。为下一步增材过程中单晶的外延生长提供好的基础，有助于实现抑制最终整体增材修复区的杂晶含量。
[0086]为保证重熔区整体晶体生长方向相统一，通过在第一道较大重熔电流的重熔区域基础上叠加两道小重熔电流的等离子重熔预处理方式，优化在较大重熔电流下重熔区顶部单晶生长方向不统一的问题，有助于后续增材过程中单晶生长方向的一致性，限制枝晶方向与基体不同的重熔枝晶区特征尺寸大小。
[0087]根据本实施例增材制造效果较佳的实例，等离子弧焊送粉增材加工过程在惰性气体保护氛围下进行。
[0088]在探索等离子送粉增材修复与等离子重熔预处理复合加工镍基单晶高温合金最优工艺的过程中，其工艺优化顺序为：
[0089]首先，确定满足较高粉末熔覆效率的增材电流：分析一定扫描速度和送粉速率下不同增材电流下金属粉末的熔覆效率，获得满足要求的粉末熔覆效率的增材电流；
[0090]其次，确定满足高效的增材加工的扫描速度：分析一定增材电流下不同扫描速度和送粉速率下的增材效率，获得满足高效的增材加工的扫描速度和送粉速率；
[0091]最后，确定满足包含增材修复区的重熔区特征尺寸的重熔电流和扫描速度：观察一定增材高度和钨极内缩量下不同重熔电流和扫描速度下重熔区形貌，获得满足包含第一层增材修复区域的重熔预处理熔深、熔宽、有效枝晶区域尺寸和杂晶含量的重熔电流和扫描速度；
[0092]与现有单晶高温合金增材修复方法相比，首先通过基体的重熔预处理后，可以有效避免直接在基体的大尺寸枝晶上进行增材修复，减小了因在靠近基体中熔化线两侧枝晶尺寸差异过大而导致的杂晶风险。此外，重熔预处理也有效避免因基体的成分偏析而产生的杂晶。因此重熔预处理可以有效抑制靠近基体中熔化线的增材修复熔化区底部杂晶，有效降低了后续增材修复过程中该区域杂晶进一步外延生长的风险，提升了之后增材修复区单晶生长情况。综上所述，最终显著降低了增材修复区质量恶化的风险。此外，在重熔预处理的基础上，还可以采用大电流的方式来进行后续的增材修复，这样可以保证在抑制了增材修复区域杂晶的基础上，实现更快的增材修复速度与更高效的材料利用率。
[0093]实施例5
[0094]表1等离子送粉增材修复试验参数
[0095]
[0096]
[0097]表1给出了图1到图3中的具体等离子送粉增材修复试验参数。由图1测量可知增材底部熔宽2.05mm，增材底部熔深0.37mm，宏观呈现“梭形”形貌。2.05mm的熔宽和0.37mm的熔深保证了同重熔区相适配，“梭形”形貌保证当前20r·min-1的送粉速率下保持了较好的成型质量。通过对图1进行观察，得到其在靠近基体中熔化线的增材修复区底部区域有部分杂晶。综上，说明通过此镍基单晶高温合金焊接增材修复加工方法的成型效果优异，但在靠近基体中熔化线的增材修复区底部区域中杂晶外延生长的风险较高。
[0098]表2大电流重熔试验参数
[0099]
[0100]图1给出了使用大电流重熔下等离子送粉增材修复的一个实例截面宏观形貌图，表2给出了该实例的重熔预处理的具体试验参数，该实例增材部分参数与表1一致。由图1测量可知重熔区熔宽2.44mm，重熔区熔深0.64mm，重熔区宏观呈现“半椭圆”的形貌。0.64mm的熔深保证了重熔区的承载能力；但2.44mm的熔宽虽然包含增材修复区熔化宽度，但其同基体枝晶生长方向相同的枝晶生长区域无法包含增材修复区熔化宽度。通过对图1进行观察，得到其在该电流下的重熔预处理顶部上[100]取向枝晶区厚度0.11mm过大，导致后续增材修复时受该区域枝晶生长方向的影响，其枝晶生长质量较差。综上，说明通过此大电流重熔预处理下的镍基单晶高温合金焊接增材修复加工方法的无法有效抑制因枝晶生长方向不同而产生的增材修复枝晶生长质量问题。
[0101]表3小电流重熔试验参数
[0102]
[0103]图2给出了使用小电流重熔下等离子送粉增材修复的一个实例截面宏观形貌图，表3给出了该实例的重熔预处理的具体试验参数，该实例增材部分参数与表1一致。由图2测量可知重熔区熔宽1.67mm，重熔区熔深0.38mm，重熔区宏观呈现“半椭圆”的形貌。虽然该电流下重熔区域的熔宽1.67mm和熔深0.38mm无法直接包含增材修复区域，但其不同于基体枝晶生长方向的枝晶生长区域较
[0104]—小，其中[010]枝晶区宽度为0.17mm，而[100]枝晶区厚度仅有0.03mm。通过对图1进行观察，得到其在小电流下的重熔预处理顶部上不同方向枝晶边界区域虽然存在，但对后续增材修复区的枝晶生长方向影响很小。综上，说明通过此预处理下的镍基单晶高温合金焊接增材修复加工方法的可以有效避免因枝晶生长方向不同而产生的增材修复枝晶生长质量问题。
[0105]表4多道重熔预处理试验参数
[0106]
[0107]图4给出了使用多道重熔预处理等离子送粉增材修复的一个实例截面宏观形貌图，表4给出了该实例的重熔预处理的具体试验参数，该实例增材部分参数与表1一致。由图4测量可知重熔区域总熔宽4.04mm，第一道熔深0.68mm，重熔区宏观呈现三个“半椭圆”相叠加的形貌。4.04mm的熔宽和0.68mm的熔深保证了同增材修复加工的适配性。同时第二道[100]枝晶区厚度0.02mm和第三道[100]枝晶区厚度0.03mm都小于0.05mm的厚度要求，保证可以有效避免因枝晶生长方向不同而产生的增材修复枝晶生长质量问题。此外，0.40mm的第二道[010]枝晶区宽度和0.37mm的第三道枝晶区宽度都保证了其不会对增材修复区域产生影响。通过对图4的观察，得到其在增材修复区域中无明显的由靠近基体中熔化线的增材修复区底部区域外延生长的杂晶。综上，说明此多道重熔预处理镍基单晶高温合金增材修复方法的成型和杂晶抑制效果均十分优异。
[0108]以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内