CN113560580A - 一种金属零件激光修复方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属零件修复技术领域，针对现有技术中存在的非轴类金属零件的修复方法导致熔覆部分与原零件易发生结合不良、夹渣、孔隙等问题，本发明公开一种金属零件激光修复方法及装置，包括如下步骤：(1)评估是否能进行修复；(2)将工件缺陷进行去除；(3)建立待修复区域模型，生成修复轨迹；(4)对直接接触的表面区域轨迹进行读取；(5)在修复时辅助超声波控制待修复区域模型与待修复工件基体的结合；(6)对待修复工件进行修复；(7)修复完成后，将多余部分去除。本发明可以提高修复部位与基体零件的结合强度以及减少修复缺陷，提高受损零件的修复质量、减少废品率。

Description

一种金属零件激光修复方法及装置
技术领域
本发明属于金属零件修复技术领域，具体涉及一种金属零件激光修复方法及装置。
背景技术
目前对于金属零件的修复主要还是针对轴类零件进行激光熔覆加工，通过轴的旋转以及轴向运动，激光将粉末均匀地熔在轴表面，一般只熔覆一层，之后进行机加工完成轴类零件的修复，此类加工只涉及到准二维的运动，难度较低，目前已比较成熟。
针对非轴类零件，采取机加工方式，将损坏部位挖掉，如果挖掉形状不规则利用扫描仪对其进行扫描建模，如果形状规则则直接进行建模，对模型进行切片、利用激光或者电子束按照生成的轨迹进行熔覆加工，之后利用机加工方式对多余材料进行去除，但是在实际应用时，熔覆部分与原零件易发生结合不良、夹渣、孔隙等问题，影响待修复工件的性能甚至直接造成零件报废。因此，如何研发一种金属零件激光修复方法，对解决修复部位与基体结合不良、夹渣等修复缺陷问题具有重要的现实意义。
发明内容
针对现有技术中存在的非轴类金属零件的修复方法导致熔覆部分与原零件易发生结合不良、夹渣、孔隙等问题，本发明的目的在于提供一种金属零件激光修复方法及装置，可修复的缺陷包括零件生产过程中产生缺陷以及使用过程中因为磨损、失效等造成的缺陷。
本发明采取的技术方案为：
一种金属零件激光修复方法，具体包括如下步骤：
(1)评估待修复工件是否能进行修复；
(2)通过铣床将工件缺陷进行去除；
(3)建立待修复区域模型，通过金属3D打印切片软件自动进行切片，生成修复轨迹；
(4)对轨迹中与待修复工件直接接触的表面区域轨迹进行读取；
(5)在修复时辅助超声波对熔池产生扰动，控制待修复区域模型与待修复工件基体的结合；
(6)激光头通过连续激光、侧轴送粉或同轴送粉方式对待修复工件进行修复；
(7)修复完成。
进一步的，所述步骤(6)中激光头按照第(3)步切片软件生成的轨迹运行，激光将送粉头输送到作用区的粉末融化与修复零件或生长出的部分粘接在一起，最后生成所需要的缺陷部分，完成工件的修复。
进一步的，所述步骤(1)中通过肉眼观测及X射线探测工件受损部位以及损伤程度进行评估。
进一步的，所述步骤(2)中去除尺寸根据缺陷位置及尺寸确定，如去除的部分缺陷呈聚集态，采用圆形轨迹；如去除的部分缺陷呈细长状，采用直槽口轨迹，横截面轨迹圆滑过渡。
进一步的，所述步骤(2)中不对缺陷进行去除，经过表面处理后对其进行三维扫描，获得待修复模型，利用增材制造工艺直接在受损部位生长，之后进行机加工控制外形尺寸满足要求。
进一步的，所述步骤(4)中通过激光头内置的振镜将简单的直线、圆弧轨迹调整为圆弧或者8字型轨迹。
进一步的，所述步骤(5)中设置超声波发射装置，超声波发射装置安装在激光头上，或侧置或者直接安装在工作台上，当超声波发射装置安装在激光头上时，使得发出的超声波直接作用于熔池，有利于修复层与层之间的结合。
进一步的，所述步骤(6)中修复过程中控制粉末流出方向与运动方向一致。
进一步的，所述步骤(7)中修复完成后，进行热处理去应力操作、通过机加工方式将多余部分去除，采用X射线探测有无缺陷，修复完成。
一种金属零件激光修复装置，基于所述一种金属零件激光修复方法，包括侧轴送粉头、激光头、超声波发射装置、待修复工件、运动平台，所述待修复工件放置在运动平台上，所述侧轴送粉头和激光头均与待修复工件相互对应且设置在其上方，所述激光头内置有振镜，通过振镜控制激光调整为圆形轨迹；通过超声波发射装置发射超声波对熔池产生扰动，控制待修复区域模型与待修复工件基体的结合。
本发明的有益效果为：
本发明中对轨迹进行读取时，将简单的直线、圆弧轨迹调整为小圆弧或者8字型，使得基体与修复层受热均匀，两者受热形成的熔池可以实现很好的融合，避免结合不良缺陷的形成。更易结合，还原修复形状；采用激光修复和辅助超声波的方式，使得熔池发生震荡，抑制了气孔的产生，并且可以促进两者熔池的热质交换，有利于提高修复效果；利用机加工去除缺陷，去除部分形状尺寸可控，该种去除方式方便建模及轨迹调整且机器人运动平稳。
本发明可以提高修复部位与基体零件的结合强度以及减少修复缺陷，提高受损零件的修复质量、减少废品率，使得难制造、成本高的零件得以继续服役，符合绿色制造的理念。
附图说明
图1为本发明中一种金属零件激光修复装置的整体结构示意图。
图2为本发明中激光修复轨迹示意图。
其中，1、振镜；2、激光头；3、侧轴送粉头；4、超声波发射装置；5、待修复工件；6、运动平台。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
实施例1
一种金属零件激光修复方法，具体包括如下步骤：
(1)评估待修复工件5是否能进行修复；
(2)通过铣床将工件缺陷进行去除；
(3)建立待修复区域模型，通过切片软件自动进行切片，切片的具体过程为：导入待加工的三维模，在软件中设置好相应的加工参数，通过软件自动生成设备运行的轨迹程序，生成修复轨迹；
(4)对轨迹中与待修复工件5直接接触的表面区域轨迹进行读取，轨迹调整如图2所示；
(5)在修复时辅助超声波对熔池产生扰动，控制待修复区域模型与待修复工件5基体的结合；促进其与基体的结合并且可抑制气孔缺陷；
(6)通过连续激光、侧轴送粉或同轴送粉方式对待修复工件5进行修复；
(7)修复完成后，进行热处理去应力操作、通过机加工方式将多余部分去除，采用X射线探测有无缺陷，修复完成。
在实施例1的基础上，本发明的又一实施例，所述步骤(6)中激光头2按照第(3)步切片软件生成的轨迹运行，激光将送粉头输送到作用区的粉末融化与修复零件或生长出的部分粘接在一起，最后生成所需要的缺陷部分，完成工件的修复。
在实施例1的基础上，本发明的又一实施例，所述步骤(1)中通过肉眼观测及X射线探测工件受损部位以及损伤程度进行评估。
在实施例1的基础上，本发明的又一实施例，所述步骤(2)中去除尺寸根据缺陷位置及尺寸确定，如去除的部分缺陷呈聚集态，采用圆形轨迹；如去除的部分缺陷呈细长状，采用直槽口轨迹，横截面轨迹圆滑过渡。避免因运动平台6加减速造成且有一定的锥度，锥度根据修复的材料进行确定。
在实施例1的基础上，本发明的又一实施例，所述步骤(4)中通过激光头2内置的振镜1将简单的直线、圆弧轨迹调整为小圆弧或者8字型轨迹。轨迹调整如图2所示。通过振镜1让激光走圆形轨迹的目的是让激光对基体作用，使得基体与修复层更易结合，还原修复形状，如果使用平台运动，因为轨迹复杂，平台不停变向加减速，则可能使得粉末堆积、出现球化、夹渣等修复缺陷。
在实施例1的基础上，本发明的又一实施例，所述步骤(5)中在激光头2上设置超声波发射装置4，超声波发射装置4安装在激光头2上，或侧置或者直接安装在工作台上当超声波发射装置4安装在激光头2上时，使得发出的超声波直接作用于熔池，有利于修复层与层之间的结合。
在实施例1的基础上，本发明的又一实施例，所述步骤(6)中修复过程中控制粉末流出方向与运动方向一致。
本发明的又一实施例，如图1所示，一种金属零件激光修复装置，基于所述一种金属零件激光修复方法，包括侧轴送粉头3、激光头2、待修复工件5、运动平台6，所述待修复工件5放置在运动平台6上，所述侧轴送粉头3和激光头2均与待修复工件5相互对应且设置在其上方，所述激光头2内置有振镜1，通过振镜1控制激光调整为圆形轨迹；所述激光头2靠近自由端部的位置设置超声波发射装置4，通过超声波发射装置4发射超声波对熔池产生扰动，控制待修复区域模型与待修复工件5基体的结合。
本发明在热源上可使用电子束代替激光；修复设备不局限于三坐标机床，还包括各种形式机械臂、加工设备。
不使用该轨迹调制方式，特定情况下也可能做到修复效果，但总体修复效果和良品率不如采用轨迹调制方式的效果。
以上所述并非是对本发明的限制，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实质范围的前提下，还可以做出若干变化、改型、添加或替换，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种金属零件激光修复方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)评估待修复工件是否能进行修复；
(2)通过铣床将工件缺陷进行去除；
(3)建立待修复区域模型，通过金属3D打印切片软件自动进行切片，生成修复轨迹；
(4)对轨迹中与待修复工件直接接触的表面区域轨迹进行读取；
(5)在修复时辅助超声波对熔池产生扰动，控制待修复区域模型与待修复工件基体的结合；
(6)激光头通过连续激光、侧轴送粉或同轴送粉方式对待修复工件进行修复；
(7)修复完成。
2.根据权利要求1所述一种金属零件激光修复方法，其特征在于，所述步骤(6)中激光头按照第(3)步切片软件生成的轨迹运行，激光将送粉头输送到作用区的粉末融化与修复零件或生长出的部分粘接在一起，最后生成所需要的缺陷部分，完成工件的修复。
3.根据权利要求1所述一种金属零件激光修复方法，其特征在于，所述步骤(1)中通过肉眼观测及X射线探测工件受损部位以及损伤程度进行评估。
4.根据权利要求1所述一种金属零件激光修复方法，其特征在于，所述步骤(2)中去除尺寸根据缺陷位置及尺寸确定，如去除的部分缺陷呈聚集态，采用圆形轨迹；如去除的部分缺陷呈细长状，采用直槽口轨迹，横截面轨迹圆滑过渡。
5.根据权利要求1所述一种金属零件激光修复方法，其特征在于，所述步骤(2)中不对缺陷进行去除，经过表面处理后对其进行三维扫描，获得待修复模型，利用增材制造工艺直接在受损部位生长，之后进行机加工控制外形尺寸满足要求。
6.根据权利要求1所述一种金属零件激光修复方法，其特征在于，所述步骤(4)中通过激光头内置的振镜将简单的直线、圆弧轨迹调整为圆弧或者8字型轨迹。
7.根据权利要求1所述一种金属零件激光修复方法，其特征在于，所述步骤(5)中设置超声波发射装置，超声波发射装置安装在激光头上或侧置或者直接安装在工作台上。
8.根据权利要求1所述一种金属零件激光修复方法，其特征在于，所述步骤(6)中修复过程中控制粉末流出方向与运动方向一致。
9.根据权利要求1所述一种金属零件激光修复方法，其特征在于，所述步骤(7)中修复完成后，进行热处理去应力操作、通过机加工方式将多余部分去除，采用X射线探测有无缺陷，修复完成。
10.一种金属零件激光修复装置，基于权利要求1-9任意一项所述一种金属零件激光修复方法，其特征在于，包括侧轴送粉头、激光头、超声波发射装置、待修复工件、运动平台，所述待修复工件放置在运动平台上，所述侧轴送粉头和激光头均与待修复工件相互对应且设置在其上方，所述激光头内置有振镜，通过振镜控制激光调整为圆形轨迹；通过超声波发射装置发射超声波对熔池产生扰动，控制待修复区域模型与待修复工件基体的结合。
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