[發明專利]一種帶有預熱和熱處理的復雜零件分段激光熔覆再制造方法

有效

• 申請號: 201610144326.0
• 申請日: 2016-03-11
• 公開（公告）號: CN105624669B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 徐海巖;李濤;王鑫林;李海波;張世新;張洪潮
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 溫福雪,李寶元

技術領域

本發明屬于激光熔覆再制造領域，特別是一種帶有預熱和熱處理的復雜零件分段激光熔覆再制造方法。

背景技術

相比于傳統的減材加工，激光熔覆是一種增材制造方法，是再制造領域的主要修復技術之一，激光熔覆熱輸入量很小，因此基體變形小，基體對熔覆層的稀釋率小而且可以控制，激光熔覆層與基體冶金結合性能好。因此被廣泛的應用于航空航天、醫學等領域。

再制造技術是指以損傷零件作為毛坯，采用專有技術和工藝對損傷零件進行加工，使之形狀、性能恢復或超過原本水平。以裂紋損傷為例，零件損傷存在不易發現、不規則等特點，給激光熔覆修復帶來一定困難。

激光熔覆是一個快速升溫冷卻的過程，熔池體積小、溫度梯度大、熱應力大等特點使得熔覆層殘余應力很大極易產生裂紋等缺陷。對基體進行預熱和熱處理是一種控制熔覆層應力的好辦法，用低功率激光束作為預熱和熱處理熱源是一種可行的方法，但不同的預熱和熱處理激光功率、預熱的提前時間和熱處理滯后時間都會對殘余應力產生影響。

周圣豐、戴曉琴公開了CN201110352257.X一種具有預熱與后熱功能且高效的三光束激光熔覆無裂紋涂層的方法，通過激光分束鏡將激光一分為二分別用作預熱和熱處理，可以實現簡單零件的激光熔覆。然而三束激光始終在一平面，其熔覆路徑只能是直線，而零件裂紋形狀復雜，而且長度很短，激光束軌跡必須與裂紋形狀時刻相匹配，此方法并不適用。

發明內容

針對上述問題本發明提供了一種帶有預熱和熱處理的復雜零件分段激光熔覆再制造方法，利用簡單的激光熔覆裝置實現再制造激光熔覆的預熱和熱處理，有效減緩了熔覆層裂紋的產生。

本發明的技術方案：

一種帶有預熱和熱處理的復雜零件分段激光熔覆再制造方法，包括以下步驟：

步驟一：在單道單層激光熔覆的基礎上，結合激光熔覆軌跡形狀和工件復雜程度通過試錯和經驗確定激光熔覆參數，包括激光熔覆功率、送粉量和掃描速度。

步驟二：根據步驟一所確定的激光熔覆參數，確定熔覆層顯微組織隨預熱激光功率的變化曲線和熔覆層顯微組織隨熱處理激光功率的變化曲線；根據熔覆層顯微組織隨預熱激光功率和熱處理激光功率的變化曲線選擇顯微硬度高且晶粒小的預熱激光功率和熱處理激光功率；

再根據工件殘余應力隨預熱提前時間變化曲線和工件殘余應力隨熱處理滯后時間變化曲線，選擇殘余應力小的激光預熱提前時間和熱處理滯后時間，預熱提前時間和熱處理滯后時間選擇相同，且激光預熱的掃描速度和熱處理的掃描速度相同。

步驟三：根據步驟二所確定的預熱提前時間和熱處理滯后時間確定每次激光熔覆路徑長度并對工件進行分段激光熔覆，其中分段長度S計算方法如下：

其中：T為提前滯后時間，V是激光熔覆速度，V_C是激光頭回程速度；

激光頭回零后停留時間T_S的計算方法為：

本發明的有益效果：在單道單層激光熔覆的基礎上，結合激光熔覆軌跡形狀和工件復雜程度通過試錯法確定激光熔覆參數，包括激光熔覆功率、送粉量和掃描速度。根據選擇的激光熔覆參數以及加工后零件表面應力的要求選擇預熱處理和后處理的激光功率并確定激光預熱的提前時間和熱處理滯后時間。根據激光預熱的提前時間和熱處理滯后時間確定每次激光熔覆路徑長度，并對零件進行分段激光熔覆。相比于普通激光熔覆，預熱和熱處理可以增加基體的溫度，延長熔池冷卻時間，是一種控制熔覆層應力，防止裂紋產生的好辦法。相比于一種具有預熱與后熱功能且高效的三光束激光熔覆無裂紋涂層的方法。預熱、熱處理激光是逐次施加在修復零件上，因此對于熔覆軌跡的形狀沒有要求，可以較好的應用在復雜零件再制造領域。

附圖說明

附圖1是復雜零件分段激光熔覆再制造方法示例圖。

圖中：1工件裂紋的前半段；2工件裂紋的后半段；3激光頭；

4被修復工件。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，本分段激光熔覆再制造方法具體過程如下：

步驟一：在單道單層激光熔覆的基礎上，結合激光熔覆軌跡形狀和工件復雜程度通過實驗試錯和經驗確定激光熔覆參數，包括激光熔覆功率、送粉量和掃描速度。