CN115635193A - 基于电磁辅助的激光-mig电弧复合熔覆修复方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于电磁辅助的激光‑MIG电弧复合熔覆修复方法及设备。该方法包括如下步骤：对工件进行修复前检测；对待熔覆区域进行打磨、清洗、烘干和固定；确定MIG焊枪与激光头、导磁芯棒的相对位置；施加外加变位磁场，通过改变夹角b大小改变横向磁场分量大小和纵向磁场分量大小；生成激光热源和MIG电弧热源；通过计算机同时控制激光器和焊机的修复工艺参数，执行熔覆修复作业；针对不合格或不达标的已熔覆区域，进行重复修复。本发明一方面利用激光热源和MIG电弧热源共同融化金属焊丝，显著降低激光器所用功率，提高熔覆效率；另一方面通过外加变位磁场对熔覆层熔池内同时施加横向磁场作用和纵向磁场作用，使熔覆层表面质量得到更好的改善。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工制造技术领域，具体地指一种基于电磁辅助的激光-MIG电弧复合熔覆修复方法及设备。
背景技术
激光熔覆技术属于基体材料金属及其熔覆材料的增材制造技术，是激光强化制造、激光修复再制造、以及激光3D打印技术的重要支撑，它的原理是利用高性能的激光束作为热源，受到激光束辐射的基体材料(工件)的上薄层与熔覆材料在高温下共同熔化，经过快速凝固，在基体材料表面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的表面涂层，从而显著提高基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化性能，达到改善基体材料表面质量的目的。激光熔覆技术相比于其它熔覆技术，具有以下优势：第一，结合区域稀释率较低，基体材料与熔覆涂层结合强度大；第二，热影响区域较小，工作效率和加工精度高、基体材料无明显热变形；第三，加工范围较小，能节约材料损耗；第四，激光熔覆技术对外部环境适应性高，能达到绿色环保的目的。
但是传统的激光熔覆技术也具有以下缺点：第一，基体材料经熔覆修复处理后，熔覆层表面粗糙度较大，残余应力高，仍需较为复杂的后期加工；第二，在熔覆修复过程中，工艺参数的波动可能造成整体修复的失败；第三，不同材料的膨胀系数影响基体材料与熔覆材料的结合性，容易产生较大的缺陷。
现有技术中，为避免单一的激光熔覆修复技术所存在的问题，有的采用激光-电弧复合熔覆修复技术，也有的在激光-电弧复合熔覆修复技术的技术上，外加横向磁场、或纵向磁场辅助。但是单独施加横向磁场、或纵向磁场中的一种，仍不能获得较好的熔覆层表面质量。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明提出一种基于电磁辅助的激光-MIG电弧复合熔覆修复方法及设备，一方面利用激光热源和MIG电弧热源共同融化金属焊丝，显著降低激光器所用功率，提高熔覆效率；另一方面通过外加变位磁场对熔覆层熔池内同时施加横向磁场作用和纵向磁场作用，使熔覆层表面质量得到更好的改善。
为达到上述目的，本发明所设计的一种基于电磁辅助的激光-MIG电弧复合熔覆修复方法，其特别之处在于，包括如下步骤：
步骤1，对工件进行修复前检测，检查工件外观表面是否存在裂纹、气孔、锈蚀、划伤、变形缺陷，确定工件的待熔覆位置，并评估待熔覆位置的裂纹、气孔、锈蚀、划伤、变形的缺陷程度，根据评估的缺陷程度，确定熔覆修复的工艺参数；
步骤2，将工件表面待熔覆区域进行打磨，直至完全去除毛刺、翻边，反复清洗工件表面，去除油渍以及锈迹，然后将工件进行烘干，再将烘干后的工件固定在金属基板上表面；
步骤3，将MIG焊枪垂直悬空布置在工件待熔覆区域的正上方，在MIG焊枪两侧分别设置倾斜悬空布置的激光头和导磁芯棒，在导磁芯棒外周缠绕并固定励磁线圈，使MIG焊枪中心轴线与激光头、导磁芯棒中心轴线之间分别形成夹角a、夹角b；同时在MIG焊枪外周装配水平定位夹，在激光头和导磁芯棒外周分别装配倾斜定位夹，且水平定位夹与倾斜定位夹之间活动连接；
步骤4，将激光器通过导线连接到导磁芯棒，利用激光器提供的励磁电流为励磁线圈通电，使导磁芯棒上产生沿导磁芯棒中心轴线方向布置的外加变位磁场；通过调整倾斜定位夹相对于MIG焊枪的距离和角度，改变导磁芯棒中心轴线与MIG焊枪中心轴线之间的夹角b，进而改变外加变位磁场的方向，并最终改变外加变位磁场的横向磁场分量大小和纵向磁场分量大小；
步骤5，将激光头通过光导纤维连接到激光器，使激光头产生激光热源；在MIG焊枪尾端设置导电件，在导电件内部插入一根沿导电件轴线布置、且延伸至MIG焊枪顶头的金属焊丝，并在金属焊丝外周设置与导电件连接的送丝轮组，送丝轮组通过电机驱动，同时将金属夹具装夹在金属基板一端，将导电件和金属夹具分别通过导线连接到焊机正负极，通过焊机提供的电源，金属焊丝与工件之间放电产生MIG电弧，生成MIG电弧热源；
步骤6，将激光器和焊机分别通过导线连接到计算机，通过计算机编写修复程序，并通过计算机同时控制激光器和焊机的修复工艺参数；开启激光器和焊机，电机驱动送丝轮组将金属焊丝送入MIG焊枪，利用激光热源和MIG电弧热源融化金属焊丝，对工件待熔覆区域执行熔覆修复作业，并通过外加变位磁场对熔覆层熔池内施加横向磁场分量作用和纵向磁场分量作用；
步骤7，再次检查工件已熔覆区域的表面质量，针对不合格或不达标的已熔覆区域，返回步骤1重新规划并继续修复，确保工件待熔覆区域的修复质量。
进一步地，步骤2中，通过台虎钳将烘干后的工件固定，所述台虎钳包括放置在金属基板上表面的虎钳底座，所述虎钳底座上表面一端设置有垂直布置的固定钳口，另一端设置有与固定钳口平行布置的活动钳口，所述活动钳口远离固定钳口侧设置有手柄，所述活动钳口靠近固定钳口侧设置有与手柄相连接的丝杆，所述丝杆活动端连接有滑块，通过旋转手柄使丝杆转动，丝杆推动滑块朝向固定钳口方向进行水平运动，使固定钳口与滑块之间形成钳口，从而将放置在虎钳底座上表面且置于钳口中的工件夹紧。
更进一步地，步骤2中，所述滑块与丝杆之间通过紧固螺母固定。
更进一步地，步骤2中，使用专用打磨机将工件表面待修复区域进行打磨，使用专用清洗剂反复清洗工件表面，将工件放入烘箱中烘干。
进一步地，步骤3中，所述水平定位夹通过螺栓装配在MIG焊枪外周，所述倾斜定位夹分别通过螺栓装配在激光头和导磁芯棒外周。
更进一步地，步骤3中，所述水平定位夹两端分别开凿有水平布置的凹槽，每个所述倾斜定位夹上设置有能够在凹槽内滑动的滑杆，每个所述滑杆外侧设置有用于固定滑杆与凹槽相对位置的螺母。
进一步地，步骤1中，使用外观缺陷检测设备对工件进行修复前检测。
更进一步地，步骤1或步骤6中，熔覆修复的工艺参数如下：激光功率为500～800W，光斑直径为2～5mm，送丝速度1.2～1.4m/min，焊枪内通入保护气体为纯氩气，其流量为14～16L/min，磁场大小为0.015～0.03T。
本发明还设计出一种基于电磁辅助的激光-MIG电弧复合熔覆修复设备，其特别之处在于，包括金属基板，所述金属基板上表面放置有用于固定工件的台虎钳，所述工件待熔覆区域的正上方设置有垂直悬空布置的MIG焊枪，所述MIG焊枪两侧分别设置倾斜悬空布置的激光头和导磁芯棒，所述导磁芯棒外周缠绕固定有励磁线圈，所述MIG焊枪外周装配水平定位夹，所述激光头和导磁芯棒外周分别装配倾有斜定位夹，水平定位夹与倾斜定位夹之间活动连接，使MIG焊枪中心轴线与激光头、导磁芯棒中心轴线之间分别形成夹角a、夹角b；
所述MIG焊枪尾端设置有导电件，所述导电件内部插有沿导电件轴线布置、且延伸至MIG焊枪顶头的金属焊丝，所述金属焊丝外周设置有与导电件连接的送丝轮组，所述送丝轮组连接有驱动电机，所述导电件通过导线连接有焊机，所述金属基板一端装夹有金属夹具，所述焊机与金属夹具通过导线连接；
激光头通过光导纤维连接有激光器，所述激光器通过导线连接到导磁芯棒，所述激光器和焊机分别通过导线连接有计算机。
进一步地，所述台虎钳包括放置在金属基板上表面的虎钳底座，所述虎钳底座上表面一端设置有垂直布置的固定钳口，另一端设置有与固定钳口平行布置的活动钳口，所述活动钳口远离固定钳口侧设置有手柄，所述活动钳口靠近固定钳口侧设置有与手柄相连接的丝杆，所述丝杆活动端连接有滑块，通过旋转手柄使丝杆转动，丝杆推动滑块朝向固定钳口方向进行水平运动，使固定钳口与滑块之间形成钳口，从而将放置在虎钳底座上表面且置于钳口中的工件夹紧。
本发明的优点在于：
1、本发明中的MIG电弧熔覆修复过程平稳，熔覆速度较快，熔覆层成形美观，且成形零件强度较高，另外，MIG电弧可以方便地对工件的各种位置进行熔覆修改，具有较好的适应性，能够确保熔融金属较多地进入熔池，溅出物较少；
2、相较于采用金属粉作为熔覆材料，本发明采用金属焊丝作为熔覆材料，可有效地避免粉尘的飞溅，且材料利用率高；
3、本发明采用激光热源和MIG电弧热源共同融化金属焊丝，可显著降低激光器所用功率，提高熔覆效率，另外，激光束对MIG电弧还有聚焦和引导作用，使熔覆修复过程中的MIG电弧更加稳定；
4、本发明在激光-MIG电弧熔覆修复待熔覆工件过程中，外加变位磁场进行辅助，利用外加变位磁场施加的横向磁场分量作用，对熔覆层熔池产生沿熔池后方的电磁推力，能够使熔池内熔融金属发生单向强制对流，冲刷熔池结晶面，细化熔覆层晶粒组织，降低工件残余应力，提高熔覆层表面致密度；同时，利用外加变位磁场施加的纵向磁场分量作用，对熔覆层熔池产生周向电磁搅拌力，能够推动熔覆层熔池内熔融金属向熔池边缘移动，形成宽高比更大的熔覆沉积层，提高熔覆层搭接平整度，有效抑制熔覆层的缺陷，提升熔覆层力学性能；因此，外加变位磁场辅助下的复合修复效果，能够使熔覆层表面质量得到更好的改善；
5、本发明中的复合熔覆修复设备自动化程度高，通过计算机可以同时控制激光器和焊机的修复工艺参数，同时，本发明中的复合熔覆修复方法及设备具有较好的适应性和推广性，可以拓展到其他的激光-电弧符合熔焊及增材制造工艺方法及设备；
本发明基于电磁辅助的激光-MIG电弧复合熔覆修复方法及设备一方面利用激光热源和MIG电弧热源共同融化金属焊丝，显著降低激光器所用功率，提高熔覆效率；另一方面通过外加变位磁场对熔覆层熔池内同时施加横向磁场作用和纵向磁场作用，使熔覆层表面质量得到更好的改善。
附图说明
图1为本发明中的基于电磁辅助的激光-MIG电弧复合熔覆修复方法的流程图；
图2为本发明中的基于电磁辅助的激光-MIG电弧复合熔覆修复设备的立体图；
图3为图2的局部放大图；
图4为图2的正视图；
图5为本发明实施例中外加横向磁场作用下的激光-MIG电弧复合熔覆修复零件A的纵截面宏观金相图；
图6为本发明实施例中外加45°变位磁场作用下的激光-MIG电弧复合熔覆修复零件A的纵截面宏观金相图；
图7为本发明实施例中外加纵向磁场作用下的激光-MIG电弧复合熔覆修复零件A的纵截面微观金相图；
图8为本发明实施例中外加45°变位磁场作用下的激光-MIG电弧复合熔覆修复零件A的纵截面微观金相图；
图中：工件1、金属基板2、MIG焊枪3、水平定位夹4、倾斜定位夹5、激光头6、导磁芯棒7、励磁线圈8、光导纤维9、导线10、激光器11、导电件12、金属焊丝13、送丝轮组14、金属夹具15、焊机16、计算机17、台虎钳18；
台虎钳18包括：虎钳底座18-1、固定钳口18-2、活动钳口18-3、手柄18-4、丝杆18-5、滑块18-6、紧固螺母18-7。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
如图1所示，本发明基于电磁辅助的激光-MIG电弧复合熔覆修复方法，其中MIG(英文metal inert-gas welding)是以外加气体作为电弧介质，保护金属熔滴、焊接熔池和焊接区高温金属的电弧焊方法，该修复方法包括如下步骤：
步骤1，对工件1进行修复前检测，检查工件1外观表面是否存在裂纹、气孔、锈蚀、划伤、变形缺陷，确定工件1的待熔覆位置，并评估待熔覆位置的裂纹、气孔、锈蚀、划伤、变形的缺陷程度，根据评估的缺陷程度，确定熔覆修复的工艺参数。
具体地，使用外观缺陷检测设备对工件1进行修复前检测。
步骤2，将工件1表面待熔覆区域进行打磨，直至完全去除毛刺、翻边，反复清洗工件1表面，去除油渍以及锈迹，然后将工件1进行烘干，再将烘干后的工件1固定在金属基板2上表面。
具体地，使用专用打磨机将工件1表面待修复区域进行打磨，使用专用清洗剂反复清洗工件1表面，将工件1放入烘箱中烘干。
通过台虎钳18将烘干后的工件1固定，所述台虎钳18包括放置在金属基板2上表面的虎钳底座18-1，所述虎钳底座18-1上表面一端设置有垂直布置的固定钳口18-2，另一端设置有与固定钳口18-2平行布置的活动钳口18-3，所述活动钳口18-3远离固定钳口18-2侧设置有手柄18-4，所述活动钳口18-3靠近固定钳口18-2侧设置有与手柄18-4相连接的丝杆18-5，所述丝杆18-5活动端连接有滑块18-6，通过旋转手柄18-4使丝杆18-5转动，丝杆18-5推动滑块18-6朝向固定钳口18-2方向进行水平运动，使固定钳口18-2与滑块18-6之间形成钳口，从而将放置在虎钳底座18-1上表面且置于钳口中的工件1夹紧。
所述滑块18-6与丝杆18-5之间通过紧固螺母18-7固定。
步骤3，将MIG焊枪3垂直悬空布置在工件1待熔覆区域的正上方，在MIG焊枪3两侧分别设置倾斜悬空布置的激光头6和导磁芯棒7，在导磁芯棒7外周缠绕并固定励磁线圈8，使MIG焊枪3中心轴线与激光头6、导磁芯棒7中心轴线之间分别形成夹角a、夹角b；同时在MIG焊枪3外周装配水平定位夹4，在激光头6和导磁芯棒7外周分别装配倾斜定位夹5，且水平定位夹4与倾斜定位夹5之间活动连接。
具体地，所述水平定位夹4通过螺栓装配在MIG焊枪3外周，所述倾斜定位夹5分别通过螺栓装配在激光头6和导磁芯棒7外周。
具体地，所述水平定位夹4两端分别开凿有水平布置的凹槽，每个所述倾斜定位夹5上设置有能够在凹槽内滑动的滑杆，每个所述滑杆外侧设置有用于固定滑杆与凹槽相对位置的螺母(此部分未在图中标出)。
步骤4，将激光器11通过导线10连接到导磁芯棒7，利用激光器11提供的励磁电流为励磁线圈8通电，使导磁芯棒7上产生沿导磁芯棒7中心轴线方向布置的外加变位磁场；通过调整倾斜定位夹5相对于MIG焊枪3的距离和角度，改变导磁芯棒7中心轴线与MIG焊枪3中心轴线之间的夹角b，进而改变外加变位磁场的方向，并最终改变外加变位磁场的横向磁场分量大小和纵向磁场分量大小。
本发明在激光-MIG电弧熔覆修复待熔覆工件过程中，外加变位磁场进行辅助，利用外加变位磁场施加的横向磁场分量作用，对熔覆层熔池产生沿熔池后方的电磁推力，能够使熔池内熔融金属发生单向强制对流，冲刷熔池结晶面，细化熔覆层晶粒组织，降低工件残余应力，提高熔覆层表面致密度；同时，利用外加变位磁场施加的纵向磁场分量作用，对熔覆层熔池产生周向电磁搅拌力，能够推动熔覆层熔池内熔融金属向熔池边缘移动，形成宽高比更大的熔覆沉积层，提高熔覆层搭接平整度，有效抑制熔覆层的缺陷，提升熔覆层力学性能；因此，外加变位磁场辅助下的复合修复效果，能够使熔覆层表面质量得到更好的改善。
步骤5，将激光头6通过光导纤维9连接到激光器11，使激光头6产生激光热源；在MIG焊枪3尾端设置导电件12，在导电件12内部插入一根沿导电件12轴线布置、且延伸至MIG焊枪3顶头的金属焊丝13，并在金属焊丝13外周设置与导电件12连接的送丝轮组14，送丝轮组14通过电机驱动，同时将金属夹具15装夹在金属基板2一端，将导电件12和金属夹具15分别通过导线10连接到焊机16正负极，通过焊机16提供的电源，金属焊丝13与工件1之间放电产生MIG电弧，生成MIG电弧热源。
MIG电弧熔覆修复过程平稳，熔覆速度较快，熔覆层成形美观，且成形零件强度较高，另外，MIG电弧可以方便地对工件的各种位置进行熔覆修改，具有较好的适应性，能够确保熔融金属较多地进入熔池，溅出物较少。
相较于采用金属粉作为熔覆材料，本发明采用金属焊丝作为熔覆材料，可有效地避免粉尘的飞溅，且材料利用率高。
另外，采用激光热源和MIG电弧热源共同融化金属焊丝，可显著降低激光器所用功率，提高熔覆效率，另外，激光束对MIG电弧还有聚焦和引导作用，使熔覆修复过程中的MIG电弧更加稳定；
步骤6，将激光器11和焊机16分别通过导线10连接到计算机17，通过计算机17编写修复程序，并通过计算机17同时控制激光器11和焊机16的修复工艺参数；开启激光器11和焊机16，电机驱动送丝轮组14将金属焊丝13送入MIG焊枪3，利用激光热源和MIG电弧热源融化金属焊丝13，对工件1待熔覆区域执行熔覆修复作业，并通过外加变位磁场对熔覆层熔池内施加横向磁场分量作用和纵向磁场分量作用。
其中熔覆修复的工艺参数如下：激光功率为500～800W，光斑直径为2～5mm，送丝速度1.2～1.4m/min，焊枪内通入保护气体为纯氩气，其流量为14～16L/min，磁场大小为0.015～0.03T。
通过计算机17调节激光器11和焊机16的工艺参数，同时通过计算机17启动该熔覆修复设备工作按钮，激光-MIG电弧复合热源开始熔化金属焊丝13，金属焊丝13熔化后变为熔滴，滴落到工件1待熔覆区域，熔覆材料与熔化母材通过冶金结合在一起形成表面熔覆层，从而显著提升基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化性能。
本发明中的复合熔覆修复设备自动化程度高，通过计算机可以同时控制激光器和焊机的修复工艺参数，同时，本发明中的复合熔覆修复方法及设备具有较好的适应性和推广性，可以拓展到其他的激光-电弧符合熔焊及增材制造工艺方法及设备。
步骤7，再次检查工件1已熔覆区域的表面质量，针对不合格或不达标的已熔覆区域，返回步骤1重新规划并继续修复，确保工件1待熔覆区域的修复质量。
上述基于电磁辅助的激光-MIG电弧复合熔覆修复方法通过基于电磁辅助的激光-MIG电弧复合熔覆修复设备来实现，如图2～4所示，该设备包括金属基板2，所述金属基板2上表面放置有用于固定工件1的台虎钳18，所述工件1待熔覆区域的正上方设置有垂直悬空布置的MIG焊枪3，所述MIG焊枪3两侧分别设置倾斜悬空布置的激光头6和导磁芯棒7，所述导磁芯棒7外周缠绕固定有励磁线圈8，所述MIG焊枪3外周装配水平定位夹4，所述激光头6和导磁芯棒7外周分别装配倾有斜定位夹5，水平定位夹4与倾斜定位夹5之间活动连接，使MIG焊枪3中心轴线与激光头6、导磁芯棒7中心轴线之间分别形成夹角a、夹角b；
所述MIG焊枪3尾端设置有导电件12，所述导电件12内部插有沿导电件12轴线布置、且延伸至MIG焊枪3顶头的金属焊丝13，所述金属焊丝13外周设置有与导电件12连接的送丝轮组14，所述送丝轮组14连接有驱动电机，所述导电件12通过导线10连接有焊机16，所述金属基板2一端装夹有金属夹具15，所述焊机16与金属夹具15通过导线10连接；
激光头6通过光导纤维9连接有激光器11，所述激光器11通过导线10连接到导磁芯棒7，所述激光器11和焊机16分别通过导线10连接有计算机17。
优选地，所述台虎钳18包括放置在金属基板2上表面的虎钳底座18-1，所述虎钳底座18-1上表面一端设置有垂直布置的固定钳口18-2，另一端设置有与固定钳口18-2平行布置的活动钳口18-3，所述活动钳口18-3远离固定钳口18-2侧设置有手柄18-4，所述活动钳口18-3靠近固定钳口18-2侧设置有与手柄18-4相连接的丝杆18-5，所述丝杆18-5活动端连接有滑块18-6，通过旋转手柄18-4使丝杆18-5转动，丝杆18-5推动滑块18-6朝向固定钳口18-2方向进行水平运动，使固定钳口18-2与滑块18-6之间形成钳口，从而将放置在虎钳底座18-1上表面且置于钳口中的工件1夹紧。
采用下面的实施例对上述发明进行验证：
实施例1，采用外加横向磁场作用下的激光-MIG电弧复合熔覆修复方法、以及本发明中的外加45°变位磁场作用下的激光-MIG电弧复合熔覆修复方法(MIG焊枪3中心轴线与导磁芯棒7中心轴线之间形成的夹角b为45°)分别对零件A进行熔覆修复，所得零件A的纵截面宏观金相图分别参见图5～6。从图5～6中可以看出，图6中的宏观金相组织相较于图5中的宏观金相组织，熔覆层搭接焊道具有更好的表面平整度，且形成宽高比更大的熔覆沉积层，搭接平整度更高，熔覆层表面质量更好。
实施例2，采用外加纵向磁场作用下的激光-MIG电弧复合熔覆修复方法、以及本发明中的外加45°变位磁场作用下的激光-MIG电弧复合熔覆修复方法(MIG焊枪3中心轴线与导磁芯棒7中心轴线之间形成的夹角b为45°)分别对零件A进行熔覆修复，所得零件A的纵截面微观金相图分别参见图7～8。从图7～8中可以看出，图8中的微观金相组织相较于图7中的微观金相组织，熔覆层表面晶粒组织更加细密，具有更高的致密度，晶粒分布更加均匀，晶粒度与晶粒方向性更好。
由此可见，实施例1和实施例2的试验结果与本发明中提到的理论分析吻合较好，验证了本发明理论分析的正确性。
本发明基于电磁辅助的激光-MIG电弧复合熔覆修复方法及设备一方面利用激光热源和MIG电弧热源共同融化金属焊丝，显著降低激光器所用功率，提高熔覆效率；另一方面通过外加变位磁场对熔覆层熔池内同时施加横向磁场作用和纵向磁场作用，使熔覆层表面质量得到更好的改善。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于电磁辅助的激光-MIG电弧复合熔覆修复方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，对工件(1)进行修复前检测，检查工件(1)外观表面是否存在裂纹、气孔、锈蚀、划伤、变形缺陷，确定工件(1)的待熔覆位置，并评估待熔覆位置的裂纹、气孔、锈蚀、划伤、变形的缺陷程度，根据评估的缺陷程度，确定熔覆修复的工艺参数；
步骤2，将工件(1)表面待熔覆区域进行打磨，直至完全去除毛刺、翻边，反复清洗工件(1)表面，去除油渍以及锈迹，然后将工件(1)进行烘干，再将烘干后的工件(1)固定在金属基板(2)上表面；
步骤3，将MIG焊枪(3)垂直悬空布置在工件(1)待熔覆区域的正上方，在MIG焊枪(3)两侧分别设置倾斜悬空布置的激光头(6)和导磁芯棒(7)，在导磁芯棒(7)外周缠绕并固定励磁线圈(8)，使MIG焊枪(3)中心轴线与激光头(6)、导磁芯棒(7)中心轴线之间分别形成夹角a、夹角b；同时在MIG焊枪(3)外周装配水平定位夹(4)，在激光头(6)和导磁芯棒(7)外周分别装配倾斜定位夹(5)，且水平定位夹(4)与倾斜定位夹(5)之间活动连接；
步骤4，将激光器(11)通过导线(10)连接到导磁芯棒(7)，利用激光器(11)提供的励磁电流为励磁线圈(8)通电，使导磁芯棒(7)上产生沿导磁芯棒(7)中心轴线方向布置的外加变位磁场；通过调整倾斜定位夹(5)相对于MIG焊枪(3)的距离和角度，改变导磁芯棒(7)中心轴线与MIG焊枪(3)中心轴线之间的夹角b，进而改变外加变位磁场的方向，并最终改变外加变位磁场的横向磁场分量大小和纵向磁场分量大小；
步骤5，将激光头(6)通过光导纤维(9)连接到激光器(11)，使激光头(6)产生激光热源；在MIG焊枪(3)尾端设置导电件(12)，在导电件(12)内部插入一根沿导电件(12)轴线布置、且延伸至MIG焊枪(3)顶头的金属焊丝(13)，并在金属焊丝(13)外周设置与导电件(12)连接的送丝轮组(14)，送丝轮组(14)通过电机驱动，同时将金属夹具(15)装夹在金属基板(2)一端，将导电件(12)和金属夹具(15)分别通过导线(10)连接到焊机(16)正负极，通过焊机(16)提供的电源，金属焊丝(13)与工件(1)之间放电产生MIG电弧，生成MIG电弧热源；
步骤6，将激光器(11)和焊机(16)分别通过导线(10)连接到计算机(17)，通过计算机(17)编写修复程序，并通过计算机(17)同时控制激光器(11)和焊机(16)的修复工艺参数；开启激光器(11)和焊机(16)，电机驱动送丝轮组(14)将金属焊丝(13)送入MIG焊枪(3)，利用激光热源和MIG电弧热源融化金属焊丝(13)，对工件(1)待熔覆区域执行熔覆修复作业，并通过外加变位磁场对熔覆层熔池内施加横向磁场分量作用和纵向磁场分量作用；
步骤7，再次检查工件(1)已熔覆区域的表面质量，针对不合格或不达标的已熔覆区域，返回步骤1重新规划并继续修复，确保工件(1)待熔覆区域的修复质量。
2.根据权利要求1所述的基于电磁辅助的激光-MIG电弧复合熔覆修复方法，其特征在于：步骤2中，通过台虎钳(18)将烘干后的工件(1)固定，所述台虎钳(18)包括放置在金属基板(2)上表面的虎钳底座(18-1)，所述虎钳底座(18-1)上表面一端设置有垂直布置的固定钳口(18-2)，另一端设置有与固定钳口(18-2)平行布置的活动钳口(18-3)，所述活动钳口(18-3)远离固定钳口(18-2)侧设置有手柄(18-4)，所述活动钳口(18-3)靠近固定钳口(18-2)侧设置有与手柄(18-4)相连接的丝杆(18-5)，所述丝杆(18-5)活动端连接有滑块(18-6)，通过旋转手柄(18-4)使丝杆(18-5)转动，丝杆(18-5)推动滑块(18-6)朝向固定钳口(18-2)方向进行水平运动，使固定钳口(18-2)与滑块(18-6)之间形成钳口，从而将放置在虎钳底座(18-1)上表面且置于钳口中的工件(1)夹紧。
3.根据权利要求2所述的基于电磁辅助的激光-MIG电弧复合熔覆修复方法，其特征在于：步骤2中，所述滑块(18-6)与丝杆(18-5)之间通过紧固螺母(18-7)固定。
4.根据权利要求3所述的基于电磁辅助的激光-MIG电弧复合熔覆修复方法，其特征在于：步骤2中，使用专用打磨机将工件(1)表面待修复区域进行打磨，使用专用清洗剂反复清洗工件(1)表面，将工件(1)放入烘箱中烘干。
5.根据权利要求1所述的基于电磁辅助的激光-MIG电弧复合熔覆修复方法，其特征在于：步骤3中，所述水平定位夹(4)通过螺栓装配在MIG焊枪(3)外周，所述倾斜定位夹(5)分别通过螺栓装配在激光头(6)和导磁芯棒(7)外周。
6.根据权利要求5所述的基于电磁辅助的激光-MIG电弧复合熔覆修复方法，其特征在于：步骤3中，所述水平定位夹(4)两端分别开凿有水平布置的凹槽，每个所述倾斜定位夹(5)上设置有能够在凹槽内滑动的滑杆，每个所述滑杆外侧设置有用于固定滑杆与凹槽相对位置的螺母。
7.根据权利要求1所述的基于电磁辅助的激光-MIG电弧复合熔覆修复方法，其特征在于：步骤1中，使用外观缺陷检测设备对工件(1)进行修复前检测。
8.根据权利要求7所述的基于电磁辅助的激光-MIG电弧复合熔覆修复方法，其特征在于：步骤1或步骤6中，熔覆修复的工艺参数如下：激光功率为500～800W，光斑直径为2～5mm，送丝速度1.2～1.4m/min，焊枪内通入保护气体为纯氩气，其流量为14～16L/min，磁场大小为0.015～0.03T。
9.一种基于电磁辅助的激光-MIG电弧复合熔覆修复设备，其特征在于，包括金属基板(2)，所述金属基板(2)上表面放置有用于固定工件(1)的台虎钳(18)，所述工件(1)待熔覆区域的正上方设置有垂直悬空布置的MIG焊枪(3)，所述MIG焊枪(3)两侧分别设置倾斜悬空布置的激光头(6)和导磁芯棒(7)，所述导磁芯棒(7)外周缠绕固定有励磁线圈(8)，所述MIG焊枪(3)外周装配水平定位夹(4)，所述激光头(6)和导磁芯棒(7)外周分别装配倾有斜定位夹(5)，水平定位夹(4)与倾斜定位夹(5)之间活动连接，使MIG焊枪(3)中心轴线与激光头(6)、导磁芯棒(7)中心轴线之间分别形成夹角a、夹角b；
所述MIG焊枪(3)尾端设置有导电件(12)，所述导电件(12)内部插有沿导电件(12)轴线布置、且延伸至MIG焊枪(3)顶头的金属焊丝(13)，所述金属焊丝(13)外周设置有与导电件(12)连接的送丝轮组(14)，所述送丝轮组(14)连接有驱动电机，所述导电件(12)通过导线(10)连接有焊机(16)，所述金属基板(2)一端装夹有金属夹具(15)，所述焊机(16)与金属夹具(15)通过导线(10)连接；
激光头(6)通过光导纤维(9)连接有激光器(11)，所述激光器(11)通过导线(10)连接到导磁芯棒(7)，所述激光器(11)和焊机(16)分别通过导线(10)连接有计算机(17)。
10.根据权利要求9所述的基于电磁辅助的激光-MIG电弧复合熔覆修复设备，其特征在于：所述台虎钳(18)包括放置在金属基板(2)上表面的虎钳底座(18-1)，所述虎钳底座(18-1)上表面一端设置有垂直布置的固定钳口(18-2)，另一端设置有与固定钳口(18-2)平行布置的活动钳口(18-3)，所述活动钳口(18-3)远离固定钳口(18-2)侧设置有手柄(18-4)，所述活动钳口(18-3)靠近固定钳口(18-2)侧设置有与手柄(18-4)相连接的丝杆(18-5)，所述丝杆(18-5)活动端连接有滑块(18-6)，通过旋转手柄(18-4)使丝杆(18-5)转动，丝杆(18-5)推动滑块(18-6)朝向固定钳口(18-2)方向进行水平运动，使固定钳口(18-2)与滑块(18-6)之间形成钳口，从而将放置在虎钳底座(18-1)上表面且置于钳口中的工件(1)夹紧。
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