[發(fā)明專利]損傷齒輪激光實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)熔覆修復(fù)及應(yīng)力調(diào)控系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710568505.1
• 申請(qǐng)日: 2017-07-13
• 公開（公告）號(hào): CN107150175B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 裴旭;侯志偉;汪通悅;朱為國;蔣素琴;李伯奎;楊權(quán)權(quán);陳中
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 淮陰工學(xué)院
• 主分類號(hào): B23K26/342
• 分類號(hào): B23K26/342;B23K26/08;B23K26/00;B23P6/00
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;嚴(yán)曉彪

本發(fā)明公開了損傷齒輪激光實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)熔覆修復(fù)及應(yīng)力調(diào)控系統(tǒng)，包括分別與中控系統(tǒng)連接的光學(xué)紅外耦合動(dòng)態(tài)監(jiān)測與測量系統(tǒng)、激光熔覆系統(tǒng)、激光沖擊系統(tǒng)、夾持臺(tái)；通過熔覆激光的熱效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)熔覆材料的熔覆；通過沖擊激光的輻照材料時(shí)產(chǎn)生的沖擊波，作用于激光熔覆層材料表面，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光熔覆層的強(qiáng)化，消除激光熔覆過程中在熔覆層內(nèi)產(chǎn)生的氣孔、稀疏組織等缺陷。該修復(fù)方法適用于齒輪疲勞裂紋、點(diǎn)蝕、斷齒、齒面磨損等失效形式，通過激光熔覆修復(fù)，快速實(shí)現(xiàn)齒輪齒廓形狀恢復(fù)，不浪費(fèi)融覆材料；通過激光沖擊應(yīng)力調(diào)控，消除了激光熔覆過程中產(chǎn)生的缺陷，保證修復(fù)齒輪的力學(xué)性能，后續(xù)不需要復(fù)雜的機(jī)械加工，提高了修復(fù)效率，降低了齒輪修復(fù)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種實(shí)時(shí)修復(fù)損傷齒輪的激光系統(tǒng)及方法，具體涉及一種損傷齒輪激光實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)熔覆修復(fù)及應(yīng)力調(diào)控系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

齒輪是機(jī)械應(yīng)用領(lǐng)域重要的傳動(dòng)構(gòu)件，在整個(gè)國民生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用。輪的失效形式主要包括齒面點(diǎn)蝕、輪齒磨損、斷齒等。對(duì)于一些大尺寸合金硬齒輪，由于生產(chǎn)加工周期長、加工過程刀具損耗量大、加工材料價(jià)格昂貴等原因，增加了企業(yè)直接更換損傷齒輪的成本。因此出現(xiàn)了一些對(duì)損傷齒輪修復(fù)的工藝方法研究。齒輪的常見修復(fù)工藝有堆焊、熔覆、電弧沉積、激光熔覆等方式。

申請(qǐng)?zhí)枮?01110326721.8 的發(fā)明專利公開一種硬齒面齒輪及硬齒面齒輪修復(fù)工藝，包括前期處理階段，預(yù)處理硬齒面齒輪，使硬齒面齒輪達(dá)到修復(fù)要求；修復(fù)階段，使硬齒面齒輪表面形成熔覆層；加工階段，加工經(jīng)過修復(fù)階段的硬齒面齒輪，使硬齒面齒輪達(dá)到修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)。即是在經(jīng)過預(yù)處理的齒輪上融覆合金材料，然后加工到原設(shè)計(jì)尺寸，從而實(shí)現(xiàn)了齒輪的修復(fù)再利用，一定程度上節(jié)約了企業(yè)成本。上述修復(fù)工藝雖能滿足基本需要，但是采用該工藝修復(fù)后的齒輪均需進(jìn)行機(jī)械加工，使修復(fù)部位達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸，既增加了修復(fù)工作量，又浪費(fèi)貴重的合金材料，使齒輪的修復(fù)成本增加。

申請(qǐng)?zhí)枮?01310239780.0的發(fā)明專利涉及一種齒輪的激光修復(fù)工藝。該工藝過程包括以下步驟：首先對(duì)損傷齒輪表面進(jìn)行處理和失效分析，然后對(duì)齒輪進(jìn)行整體預(yù)熱和待修復(fù)部位的局部預(yù)熱，根據(jù)失效分析結(jié)果，優(yōu)化工藝參數(shù)，進(jìn)行逐層激光熔覆，最后對(duì)修復(fù)齒輪進(jìn)行檢測。該修復(fù)工藝雖然實(shí)現(xiàn)了損傷齒輪尺寸達(dá)到使用要求。但工藝過程復(fù)雜，加工效率低，不能滿足快速生產(chǎn)這樣的要求。

申請(qǐng)?zhí)枮?01510554398.8的發(fā)明專利，公開了一種損傷齒輪齒面激光3D打印修復(fù)方法。該方法首先采用大光斑激光束對(duì)清洗后的齒輪進(jìn)行掃描預(yù)熔，消除齒輪上的疲勞裂紋；然后選定基準(zhǔn)位置，采用圖像識(shí)別方式檢測齒輪輪廓形狀，并在計(jì)算機(jī)上建立三維模型，與原設(shè)計(jì)圖紙比對(duì)，確定各點(diǎn)的修復(fù)尺寸；然后采用3D激光打印機(jī)逐點(diǎn)打印，進(jìn)行融覆修復(fù)，并對(duì)融覆后的齒廓進(jìn)行圖像識(shí)別檢測，以確定下一輪融覆量，直至所有齒廓形狀達(dá)到原設(shè)計(jì)尺寸。該方法實(shí)現(xiàn)了工藝過程的快速實(shí)現(xiàn)，提高了修復(fù)效率，降低了齒輪修復(fù)成本。但是該方法與前述方法普遍存在無法消除激光熔覆過程中在熔覆層內(nèi)氣孔、稀疏組織等缺陷的產(chǎn)生，致使修復(fù)齒輪性能得不到保證。

本發(fā)明通過激光熔覆過程中，同步耦合脈沖激光對(duì)熔覆區(qū)域同步的激光沖擊處理，消除激光熔覆過程中在熔覆層內(nèi)產(chǎn)生的氣孔、稀疏組織等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種提高修復(fù)效率，降低修復(fù)成本，保證修復(fù)后齒輪性能，且適用于各種形式失效齒輪的激光實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)熔覆修復(fù)及沖擊應(yīng)力調(diào)控系統(tǒng)及方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

損傷齒輪激光實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)熔覆修復(fù)及應(yīng)力調(diào)控系統(tǒng)，包括分別與中控系統(tǒng)連接的光學(xué)紅外耦合動(dòng)態(tài)監(jiān)測與測量系統(tǒng)、激光熔覆系統(tǒng)、激光沖擊系統(tǒng)、夾持臺(tái)；

所述中控系統(tǒng)根據(jù)光學(xué)紅外耦合動(dòng)態(tài)監(jiān)測與測量系統(tǒng)實(shí)時(shí)反饋的固定在夾持臺(tái)上損傷齒輪的信息，驅(qū)動(dòng)激光熔覆系統(tǒng)和激光沖擊系統(tǒng)修復(fù)損傷齒輪。

上述夾持臺(tái)為五軸聯(lián)動(dòng)平臺(tái)，包括嵌入平臺(tái)的半球形臺(tái)面和通過支撐柱連接平臺(tái)的環(huán)形架，