[發(fā)明專利]一種基于磁懸浮原理的原位激光增材修復(fù)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110384494.8
• 申請(qǐng)日: 2021-04-09
• 公開（公告）號(hào): CN113102771B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊磊;張聰;閆春澤;陳云;李陽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F10/28
• 分類號(hào): B22F10/28;B22F10/85;B22F10/366;B23P6/00;B33Y10/00;B33Y50/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 劉妮

本發(fā)明提供一種基于磁懸浮原理的原位激光增材修復(fù)方法，包括S1.利用五軸機(jī)器人控制激光熔融噴頭方向，使得增材修復(fù)增長方向可變，定義增材方向與垂直方向的夾角為增材傾斜角θ。S2.在不同增材傾斜角θ下，進(jìn)行熔融沉積單道實(shí)驗(yàn)、多道實(shí)驗(yàn)和多道多層實(shí)驗(yàn)，初步找到最優(yōu)化的激光、噴頭、送粉等工藝參數(shù)。本發(fā)明利用電磁線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)讓金屬液滴克服重力而懸浮，通過機(jī)器控制激光快速成形噴頭方向，使得增材制造沿任意方向進(jìn)行，該技術(shù)用于航空航天和船舶領(lǐng)域。本發(fā)明克服了目前增材制造只能沿垂直方向進(jìn)行和增材修復(fù)只能將零件拆解后再行修復(fù)的缺點(diǎn)，大大提升了增材修復(fù)的應(yīng)用范圍，特別是使得現(xiàn)場(chǎng)原位修復(fù)成為可能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬零件修復(fù)領(lǐng)域，尤其涉及一種零件原位激光增材修復(fù)方法，尤其適用于航空航天、船舶等領(lǐng)域在突發(fā)情況下的快速修復(fù)。

背景技術(shù)

航空航天與船舶領(lǐng)域零件長期服役在惡劣的工作環(huán)境中，零件受震動(dòng)、摩擦磨損、高低溫沖擊、冷熱疲勞等作用后易產(chǎn)生裂紋、腐蝕和磨損等損傷。由于生產(chǎn)成本和周期的要求，常常采用先進(jìn)修復(fù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)損傷零部件的高質(zhì)高效修復(fù)，延長其使用壽命，減少更換零件，減少巨額經(jīng)濟(jì)損失。常規(guī)的修復(fù)方法是將零件拆卸下來，進(jìn)行修復(fù)后再進(jìn)行安裝。然后在某些極端條件下，修復(fù)周期要求極短，來不及將零件拆卸后再行修復(fù)，因此迫切需要有一種原位修復(fù)的方法，以便在極端條件下迅速修復(fù)受損部位。

激光增材修復(fù)技術(shù)是利用激光熱源輸入在零件受損位置處進(jìn)行增材制造，修復(fù)回正常設(shè)計(jì)的形狀。由于激光光斑直徑小，熔池微小，熱影響區(qū)可以控制在很小的范圍，因此修復(fù)后零件的殘余應(yīng)力和變形都很小，使其非常適合用于航空航天和船舶領(lǐng)域一些關(guān)鍵零件的三維修復(fù)。

原位修復(fù)過程中，由于零件無法拆卸，修復(fù)體的增長方向隨著零件在設(shè)備或部件中的位置及受損部位而變化，因此對(duì)增材修復(fù)提出了新的要求，即增材修復(fù)方向可控，可以在任意方向進(jìn)行增材修復(fù)。然后激光增材制造通常要求增材的方向與重力方向相反，避免重力作用下造成熔池不穩(wěn)定導(dǎo)致成形失敗，這限制了增材制造技術(shù)進(jìn)行原位修復(fù)中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于磁懸浮原理的原位激光增材修復(fù)方法，以使得增材制造可以進(jìn)行原位修復(fù)，解決極端條件下迅速修復(fù)零件的難題。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

S1.利用五軸機(jī)器人控制激光熔融噴頭方向，使得增材修復(fù)增長方向可變，定義增材方向與垂直方向的夾角為增材傾斜角θ。

S2.在不同增材傾斜角θ下，進(jìn)行熔融沉積單道實(shí)驗(yàn)、多道實(shí)驗(yàn)和多道多層實(shí)驗(yàn)，初步找到較優(yōu)化的激光、噴頭、送粉等工藝參數(shù)。

S3.在修復(fù)基板下面增加電磁線圈，通入交變電流；調(diào)整線圈與增材部位的距離L,進(jìn)行熔融沉積實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化電磁參數(shù)(電磁線圈參數(shù)和交變電流參數(shù))，并進(jìn)一步找到較合適的增材工藝參數(shù)。

S4.根據(jù)S2和S3，建立增材工藝參數(shù)和增材傾斜角θ之間的關(guān)系F(P,v,L,θ,K)＝0，其中P為激光功率，v為掃描速度；建立電磁參數(shù)與距離L之間的關(guān)系F(p,f,n,d,L,K)＝0，其中p為電磁線圈加載功率，f為電磁頻率，n為線圈匝數(shù)，d為線圈線徑。

S5.對(duì)待修復(fù)區(qū)域進(jìn)行預(yù)處理，利用三維掃描技術(shù)快速生成預(yù)處理過的零件，通過數(shù)據(jù)處理重建待修復(fù)零件的模型。

S6.對(duì)比S5重建的模型與原始設(shè)計(jì)CAD，生成增材掃描路徑及噴頭較優(yōu)方向。

S7.根據(jù)S6中確定的增材方向，選取S4中優(yōu)化的增材修復(fù)工藝參數(shù)，并控制機(jī)器手帶動(dòng)激光熔融噴頭按照S6中生成的掃描路徑進(jìn)行，對(duì)待修復(fù)金屬零件進(jìn)行修復(fù)。

S8.對(duì)修復(fù)部位打磨光潔。

作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)，步驟S2中工藝參數(shù)包括激光功率、激光光斑直徑、激光與粉末匯聚位置、送粉氣壓、激光掃描速率、激光掃描間距等。