[發明專利]一種鑄造鋁合金結構件在激光同軸送粉修復過程中的缺陷控制方法

在審

• 申請號: 201811343923.1
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN111172529A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 趙宇輝;宋洪武;王志國;趙吉賓;高元
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發明公開了一種鑄造鋁合金結構件在激光同軸送粉修復過程中的缺陷控制方法，屬于高性能激光修復技術領域。本發明在面向鋁合金特殊結構件(含薄壁結構件)修復過程，采用表層發黑處理，控制工藝參數控制熱輸入量、提升高度精確控制、修復區域附近溫度的實施監測及外加冷卻場、連續修復過程層間停頓等方式，可以避免鋁合金結構修復過程易出現的各種缺陷如：成形區域熔塌(修復過程出現)、層間條狀缺陷(射線無損檢測可見)、內部不致密缺陷(截面斷開后肉眼可見)等，可以實現鋁合金結構件的無缺陷修復。

技術領域

本發明涉及高性能激光修復技術領域，具體涉及一種鑄造鋁合金結構件在激光同軸送粉修復過程中的缺陷控制方法。

背景技術

鋁合金作為在航天、交通、石油等工業領域中有廣泛應用的結構材料，具有優異的性能。鑄造鋁合金由于其良好的鑄造性能，可以實現各種復雜結構件的成形，鋁合金鑄造件在航空、儀表等領域應用廣泛，例如發動機和內燃機的零部件。在實際的使用過程，容易產生疲勞裂紋、腐蝕缺陷、甚至局部區域缺肉等缺陷，造成零件的報廢，而通過高效率修復方法可以實現可報廢件的再制造。

目前常用的鋁合金修復技術主要有電弧堆焊修復、熱噴涂技術、電刷鍍技術等，其中熱噴涂技術和電刷鍍技術存在結合強度低的弊端，只適用于零件表面修復；而電弧修復由于能量大導致熱輸入量大，導致零件修復過程變形程度大，因此無法實現零件薄壁區域高質量修復。

激光同軸送粉技術是采用同步送粉方式在基體修復區表面加入金屬粉末，利用高能激光束瞬間將基體表面微熔，同時使其表面的金屬粉末(與基體同材質或相近)全部熔化，激光撤去后快速凝固，獲得與基體呈現冶金結合的致密熔覆層，使零件表面恢復幾何外形尺寸，并使表面熔覆層強化。

基于激光同軸送粉技術的鋁合金結構件的修復是在圖1所示的激光加工系統上進行的，主要由光纖激光器、6軸機器人、激光熔覆頭和同軸送粉器組成。通過PLC系統控制激光發射、機器人運動、送粉和保護氣開頭等。同軸送粉器將熔覆粉末送入激光束內，粉末被加熱至熔化狀態，并在基體或前一熔覆層上凝固，與其形成冶金結合。一層熔覆完畢后，激光頭上升一定高度(一般對應熔覆層的厚度)，以保持激光光斑大小不變，繼續進行后一層的熔覆修復。經過多次循環，即可修復好已磨損的合金結構件。

激光同軸送粉技術可以實現低熱輸入、低變形量、零件壁厚約束少的高效率修復。但用于鋁合金結構件修復時，因鋁合金對1064nm波長激光吸收率低以及鋁合金熔點低等問題，容易出現各類型的缺陷，如修復過程會造成已成形區域熔塌(修復過程出現)、層間條狀缺陷(射線無損檢測可見)、內部不致密缺陷(截面斷開后肉眼可見)等。

發明內容

針對現有技術中采用激光同軸送粉技術修改鋁合金結構件時容易出現的上述問題，本發明的目的在于提供一種用于鑄造鋁合金結構件在激光同軸送粉修復過程中的缺陷調控方法，該方法通過基體快速冷卻、成形過程氣氛控制、已成形區域溫度檢測、多層掃描層間停頓、離焦量控制等技術的協同控制，實現了鋁合金結構件修復過程缺陷控制。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種鑄造鋁合金結構件在激光同軸送粉修復過程中的缺陷控制方法，該方法以鑄態鋁合金結構件為基材，采用激光同軸送粉工藝進行表面修復，修復過程中的缺陷調控方法包括如下步驟：

(1)修復前處理：修復前將基材待修復區域打磨平整，去掉表面氧化層；為了提升鑄造態表面的激光吸收率穩定，可對基材進行常規的表面發黑處理，以提升第一熔覆層的激光吸收率，保證層內光斑的均勻性。