CN109746453B

CN109746453B - 一种激光修复方法及装置

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Publication number: CN109746453B
Application number: CN201910054382.9A
Authority: CN
Inventors: 李松林; 李澄; 龚天才; 孙升斌; 李波; 莫新荣; 李怡超; 周宇; 李欣红; 吴世迪; 杨洁
Original assignee: Shenyang Jinghe Cnc Technology Development Co ltd
Current assignee: Shenyang Jinghe Cnc Technology Development Co ltd
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2020-08-14
Anticipated expiration: 2039-01-21
Also published as: CN109746453A

Abstract

本发明为一种激光修复方法及装置，包括以下步骤：S1、对待修复的零件表面进行处理；S2、对处理后的待修复零件区域进行激光打点，建立待修复零件的修复模型；S3、对修复模型进行数模切片分层，输出修复程序；S4、根据修复程序对待修区域采用激光立体成形修复；S5、对修复后的零件进行辅助处理，去除应力。本发明针对复杂的金属零件或结构各异的缺陷零件，修复效果理想。

Description

一种激光修复方法及装置

技术领域

本发明属于激光成形修复领域，具体涉及一种激光修复方法及装置。

背景技术

在汽车制造、航空航天、电子科技等领域,核心零部件，特别是航空航天零件处于高温、高压和易腐蚀的恶劣工作环境，使用过程中易发生磨损、腐蚀等现象。裂纹是一种很常见的缺陷，裂纹直接影响钢材的力学性能和耐腐蚀性能。

针对航空航天零件使用过程中的损伤，或成形过程产生的缺陷，采用传统的修复方式氩弧焊进行修复，性能难以达到要求，若进行报废处理，将会带来一定经济损失。

激光立体成形技术采用激光束与材料相互作用时的快速熔化和凝固成形，能够实现高性能复杂结构金属零件的无模具、快速、高致密性成形。激光立体成形技术生产的零件组织细小、均匀、致密、冶金结合性高，具有很高的力学性能和化学性能，能够满足不同零件的需要。但针对复杂的金属零件或结构各异的缺陷零件，其修复效果并不理想。

发明内容

因此，为解决针对结构复杂的金属或非金属零件的缺陷，实现激光精准修复，本发明提供一种激光立体成形修复方法及装置。

本发明提供一种激光形修复方法，包括以下步骤：

S1、对待修复的零件表面进行处理；

S2、对处理后的待修复零件区域进行激光打点，建立待修复零件的修复模型；

S3、对修复模型进行数模切片分层，输出修复程序；

S4、根据修复程序对待修区域采用激光立体成形修复；

S5、对修复后的零件进行辅助处理，去除应力。

优选的，步骤S1中还包括:

S101、对待修复零件的表面进行清洗，去除待修复零件表面的油污;

S102、对待修复零件利用机械工具处理，去除待修复零件缺陷；

S103、对待修复零件进行检测，保证待修复零件表面缺陷处理完全。

优选的，步骤S2还包括：

S201、将待修复零件放置在工作台上，并调整激光导向光焦距；

S202、利用激光在待修复区域内选取特征点，并对特征点坐标值进行记录；

S203、应用三维软件对特征点坐标值建立待修复零件的修复模型。

优选的，步骤S3还包括：

S301、在每层修复程序之间增加烧边，干烧每层成形区域边缘，用于所述待修复零件在修复时边缘融合。

优选的,还包括步骤：

S6、对修复完成的零件进行机械加工。

本发明还包括一种激光修复装置，包括以下模块：

第一处理模块，用于对待修复的零件表面进行处理；

建立模型模块，用于对待修复零件修复区域进行激光打点，建立待修复零件修复模型；

输出模块，用于对修复模型进行数模切片分层，输出修复程序；

修复模块，用于对待修区域采用激光立体成形，进行修复；

第二处理模块，用于对修复后的零件进行辅助处理，去除应力。

优选的，第一处理模块包括油污处理单元，用于对待修复零件的表面进行清洗，去除待修复零件表面的油污；

缺陷移除单元，用于对待修复零件利用机械工具处理，去除待修复零件缺陷；

检测单元，用于对待修复零件进行检测，保证待修复零件表面缺陷处理完全。

优选的，建立模型模块包括：焦距调整单元，用于将待修复零件放置在工作台上，并调整激光导向光焦距；

特征点选取单元，用于利用激光在待修复区域内选取特征点，并对特征点坐标值进行记录；

软件建模单元，用于应用三维软件对特征点坐标值建立待修复零件的修复模型。

优选的，输出模块包括烧边单元，用于在每层修复程序之间增加烧边，干烧每层成形区域边缘，用于待修复零件在修复时边缘融合。

优选的，还包括机械加工模块，用于对修复完成的零件进行机械加工。

本发明的一种激光立体成形修复方法及装置，具有以下优点：

1.本发明的激光立体成形修复方法，能够修复金属或非金属零件，适用于大型结构复杂的零件，可减少报废零件数量，修复效率高，并节约成本。

2.本发明的激光立体成形修复方法，采用三维建模，建模方法简便，适用于不用结构与形状的修复区域建模，且建立的修复模型与零件的匹配度高、误差小。

3.本发明的激光立体成形修复方法，只需一台激光器即可完成修复，无需多余的辅助设备，成本低，适用范围广。

附图说明

图1为本发明一种激光修复方法的流程示意图；

图2为本发明一种激光修复装置的一具体实施例的结构框图；

图3为本发明一种激光修复装置的另一具体实施例的结构框图。

附图标记：

201.第一处理模块、202.建立模型模块、203.输出模块、204.修复模块、205.第二处理模块、206.机械加工模块、2011.油污处理单元、2012.缺陷移除单元、2013.检测单元、2021.焦距调整单元、2022.特征点选取单元、2023.软件建模单元、2031.烧边单元。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明作进一步具体描述，但不局限于此。

为了解决复杂金属零件或者结构各异的缺陷等问题，本发明提供一种激光修复方法。

参考图1，为本发明一种激光修复方法的流程示意图，该方法包括但不限于对复杂结构的金属零件或者结构各异的金属构件进行修复，包括以下步骤：

S1、对待修复的零件表面进行处理；

在本实施例中，对待修复零件表面的处理是指采用酒精或丙酮清洗将零件表面油污去除干净，油污面积较大时可采用热处理进行除油；其次利用手工工具，如：手柄、旋转挫等，将缺陷去除，对于大面积损伤或深裂纹的零件，可采用机加方式进行缺陷去除，对于深修复位置，打磨或机加工时四周需要留坡口，便于激光立体成形修复；最后，采用渗透方法进行跟踪检测，确保缺陷去除干净。采用机加方式去除缺陷，缺陷除净后需要进行热处理除油。

在本实施例中，将零件固定在工作平台上，将激光导向光打开，调整焦距；将激光导向光移动到修复区域选取特征点，并记录特征点的坐标值，最后采用三维软件工具，利用采集的特征点建立修复区域模型。

S3、对修复模型进行数模切片分层，输出修复程序；

在本实施例中，建立好的修复模型导入专用切片软件，进行逐层切片、分区、扫描路径规划及程序输出。可根据修复零件和设备的选择调整变量，如分层厚度、分区大小、扫描顺序和输出方式等，以便达到最佳修复效果。修复程序每修复一层都增加一层烧边的程序，即干烧每层成形区域的边缘，保证了成形边缘能够完全融合。

S4、根据修复程序对待修区域采用激光立体成形修复；

在本实施例中，将修复程序导入激光立体成形修复设备，设置好相应的参数，通过控制激光头的移动对零件进行修复。具体参数有激光功率、移动速度、出粉量、头气流量等，根据修复零件材料的不同来确定相应的参数值。修复过程可以在空气中或在充满保护性气体的密闭型腔内进行的。

S5、对修复后的零件进行辅助处理，去除应力。

在本实施例中，对修复后的零件进行去应力处理，可以采用振动去应力、热处理去应力和超声波去应力等方式去除应力，热处理炉可以分为真空炉和空气炉两种。

S6、对修复完成的零件进行机械加工。

在本实施例中，对修复完成后的零件进行机械加工或钳修达到零件原始表面质量要求。

对应于上文实施例的激光修复方法，图2为本发明一实施例提供的一种激光修复装置的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。参照图2，该装置包括：第一处理模块201、建立模型模块202、输出模块203、修复模块204、第二处理模块205和机械加工模块206。

第一处理模块201，用于对待修复的零件表面进行处理；

建立模型模块202，用于对待修复零件修复区域进行激光打点，建立待修复零件修复模型；

输出模块203，用于对修复模型进行数模切片分层，输出修复程序；

修复模块204，用于对待修区域采用激光立体成形，进行修复；

第二处理模块205，用于对修复后的零件进行辅助处理，去除应力。

机械加工模块206，用于对修复完成的零件进行机械加工。

在上述实施例的基础上，如图3所示，第一处理模块201还包括：油污处理单元2011、缺陷移除单元2012和检测单元2013。

其中，油污处理单元2011，用于对待修复零件的表面进行清洗，去除待修复零件表面的油污；

缺陷移除单元2012，用于对待修复零件利用机械工具处理，去除待修复零件缺陷；

检测单元2013，用于对待修复零件进行检测，保证待修复零件表面缺陷处理完全。

在上述实施例的基础上，如图3所示，建立模型模块202包括：焦距调整单元2021、特征点选取单元2022和软件建模单元2023。

其中，焦距调整单元2021，用于将待修复零件放置在工作台上，并调整激光导向光焦距；

特征点选取单元2022，用于利用激光在待修复区域内选取特征点，并对特征点坐标值进行记录；

软件建模单元2023，用于应用三维软件，对特征点坐标值建立待修复零件的修复模型。

在上述实施例的基础上，输出模块203包括烧边单元2031，用于在每层修复程序之间进行烧边，干烧每层成形区域边缘，使得待修复零件在修复时边缘融合。

本发明的激光修复方法还包括另一具体实施例。

本实施例涉及对具体大型TC11钛合金金属零件的激光修复，该零件存在延展性裂纹，具体实施过程如下：

S1、对待修复的零件表面进行处理；

待加工零件厚度约40毫米，裂纹最长有约300毫米，无规则形状，属于大尺寸裂纹，采用机加工艺将裂纹去除，设计机加区域为不规则的倒梯形，以满足激光沉积修复对坡度的要求。在机加去除裂纹过程中，边机加边进行渗透检验，检验裂纹被完全去除。采用这样方式能保证将裂纹去除完全且去除的基材量最少。

在本实施例中，采用机加的方式去除裂纹，零件表面吸附大量的冷却油，可以采用热处理的方式进行除油处理，热处理参数为：升温速率4-8摄氏度/分钟，200摄氏度-400摄氏度，保温0.5-3小时，出炉空冷。热处理结束后采用旋转锉将成形区域及周边氧化物去除，打磨深度小于1毫米。

S2、对待修复零件区域进行激光打点，建立待修复零件修复模型；

将零件固定于激光立体成形修复平台上，利用激光导向光在待修复区域选取特征点并记录特征点的坐标值，首先在激光沉积设备上将第一个特征点的坐标设置为（0,0,0），从第二个特征点开始记录坐标值，此次修复零件总共选取23个点作为特征点，分别标记为（0,0,0），（X₂，Y₂，Z₂），（X₃，Y₃，Z₃），...，（X₂₃，Y₂₃，Z₂₃），利用三维软件，通过这23个坐标点建立修复位置的三维模型。当然，在具体的应用中，应当根据实际修复零件的实际情况选取不同的特征点，以能实现表达实际缺陷的特征为准。

S3、对修复模型进行数模切片分层，输出修复程序；

将建立好的三维模型导入专用的切片软件，进行逐层切片、分区、扫描路径规划及输出修复程序。每层切片厚度为0.2-1.5毫米，分区面积100毫米×150毫米至150毫米×200毫米，扫描路径采用负搭接的方式，最终输出修复程序，并在修复程序中增加烧边的程序，烧边程序是对修复区域的轮廓边缘进行更好的融合，保证成形边缘能够完全融合。

S4、对待修区域采用激光立体成形，进行修复；

将修复程序导入激光立体成形修复平台上，采用特制的装置将零件进行密封。在密闭型腔内充入保护性气体氩气，待氧含量降到100ppm以下开始运行程序进行激光沉积修复。成形功率2-10千瓦、移动速度500-2000毫米/分钟、出粉量500-1500克/小时。

当前层修复程序运行结束后，执行烧边程序，激光头高度不变接着运行烧边程序，待烧边程序运行结束后高度再抬升相应的层厚，然后继续运行下一层修复程序及烧边程序。在进行烧边时，激光器的功率为：2-10千瓦，移动速度为700-2000毫米/分钟，送粉量为：500-1500克/小时，烧边的宽度为4-15毫米。

S5、对修复后的零件进行辅助处理，去除应力；

零件修复完成后，采用热处理的方式对修复零件进行去应力处理，参数为600摄氏度-800摄氏度，保温0.5-3小时，炉冷至一定温度后出炉空冷。

S6、对修复完成的零件进行机械加工；

热处理后对激光立体成形修复的位置进行机械加工或钳修达到零件原始表面质量要求。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种激光修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对待修复的零件表面进行处理；

S2、对处理后的待修复零件区域进行激光打点，建立所述待修复零件的修复模型；

S3、对所述修复模型进行数模切片分层，输出修复程序；

S4、根据所述修复程序对待修区域采用激光立体成形修复；

S5、对修复后的所述零件进行辅助处理，去除应力；

所述步骤S2还包括：

S201、将所述待修复零件放置在工作台上，并调整激光导向光焦距；

S202、利用激光在待修复区域内选取特征点，并对所述特征点坐标值进行记录；

S203、应用三维软件对所述特征点坐标值建立所述待修复零件的修复模型；

所述步骤S3还包括：

2.根据权利要求1所述的激光修复方法,其特征在于,所述步骤S1中还包括：

S101、对所述待修复零件的表面进行清洗，去除所述待修复零件表面的油污；

S102、对所述待修复零件利用机械工具处理，去除所述待修复零件缺陷；

S103、对所述待修复零件进行检测，保证待修复零件表面缺陷处理完全。

3.根据权利要求1至2任一项所述的激光修复方法，其特征在于，还包括步骤：

S6、对修复完成的零件进行机械加工。

4.一种根据权利要求1至3任一项所述的激光修复方法的激光修复装置，其特征在于，包括以下模块：

第一处理模块，用于对待修复的零件表面进行处理；

建立模型模块，用于对待修复零件修复区域进行激光打点，建立所述待修复零件修复模型；

输出模块，用于对所述修复模型进行数模切片分层，输出修复程序；

修复模块，用于对待修区域采用激光立体成形，进行修复；

第二处理模块，用于对修复后的零件进行辅助处理，去除应力；

所述建立模型模块包括：焦距调整单元，用于将所述待修复零件放置在工作台上，并调整激光导向光焦距；

特征点选取单元，用于利用激光在待修复区域内选取特征点，并对所述特征点坐标值进行记录；

软件建模单元，用于应用三维软件对所述特征点坐标值建立所述待修复零件的修复模型；

所述输出模块包括烧边单元，用于在每层修复程序之间进行烧边，干烧每层成形区域边缘，使得所述待修复零件在修复时边缘融合。

5.根据权利要求4所述的激光修复装置，其特征在于，所述第一处理模块包括油污处理单元，用于对所述待修复零件的表面进行清洗，去除所述待修复零件表面的油污；

缺陷移除单元，用于对所述待修复零件利用机械工具处理，去除所述待修复零件缺陷；

检测单元，用于对所述待修复零件进行检测，保证待修复零件表面缺陷处理完全。

6.根据权利要求4至5任一项所述的激光修复装置，其特征在于，还包括机械加工模块，用于对修复完成的零件进行机械加工。