JP6100379B2 - 三次元画像化溶接経路制御を有する自動化された超合金レーザークラッディングのための方法 - Google Patents
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Description
この出願は、共通に所有されている同時係属中の、2012年9月12日に出願された「表面トポロジーのエネルギー移送補償を有する超合金のレーザークラッディング」との名称の米国特許出願第13/611,034号、2012年9月12日に出願された「レーザークラッディングシステムのフィラー材料分配装置」との名称の米国特許出願第13/611,144号、及び本願と同時に出願された「三次元画像化溶接経路制御を有する自動化された超合金レーザークラッディングシステム」との名称の米国特許出願第13/936,482号の優先権の利益を主張する。
21 溶接経路
60 レーザー溶接装置
70 フィラー材料分配装置
Claims (7)
- タービンの部品を溶接する方法であって、
制御システムによる共通の制御の下にある作業台、レーザープロフィロメータ、及びレーザー溶接装置を提供するステップであって、前記作業台と、前記レーザープロフィロメータ又は前記レーザー溶接装置の一方と、の間の制御された相対的な動きを提供するためのステップと、
基材を有する前記タービンの部品を前記作業台に結合するステップと、
前記タービンの部品の前記基材の表面を、前記レーザープロフィロメータ及び前記作業台を前記制御システムの制御の下で作動することによって、リアルタイムに走査し、前記部品の寸法データを取得するステップと、
前記部品の寸法データと仕様上の寸法データを前記制御システムによってリアルタイムで比較し、溶接された前記部品の寸法を前記仕様上の寸法データに合わせるように、前記部品の基材の表面の部分を構築するための溶接パターンを決定するステップと、
前記部品の基材の表面を、前記レーザー溶接装置及び前記作業台を決定された前記溶接パターンに従って前記制御システムの制御の下で作動することによって、リアルタイムで溶接するステップと、
を備える方法において、
前記レーザープロフィロメータ及び前記レーザー溶接装置のそれぞれにそれらの入力端に光学的に結合した一対の別々の光学経路と、光ファイバー管の出力端に光学的に結合したレーザーそれぞれによって生成されたレーザービームを集束させるための可変焦点レンズと、を提供するステップと、
走査する作業又は溶接する作業を行うときに対応するそれぞれのレーザーのうちの1つを選択的に活性化し、活性化されたレーザーを前記可変焦点レンズによって集束させるステップと、
をさらに備えることを特徴とする、方法。 - タービンの部品を溶接する方法であって、
制御システムによる共通の制御の下にある作業台、レーザープロフィロメータ、及びレーザー溶接装置を提供するステップであって、前記作業台と、前記レーザープロフィロメータ又は前記レーザー溶接装置の一方と、の間の制御された相対的な動きを提供するためのステップと、
基材を有する前記タービンの部品を前記作業台に結合するステップと、
前記タービンの部品の前記基材の表面を、前記レーザープロフィロメータ及び前記作業台を前記制御システムの制御の下で作動することによって、リアルタイムに走査し、前記部品の寸法データを取得するステップと、
前記部品の寸法データと仕様上の寸法データを前記制御システムによってリアルタイムで比較し、溶接された前記部品の寸法を前記仕様上の寸法データに合わせるように、前記部品の基材の表面の部分を構築するための溶接パターンを決定するステップと、
前記部品の基材の表面を、前記レーザー溶接装置及び前記作業台を決定された前記溶接パターンに従って前記制御システムの制御の下で作動することによって、リアルタイムで溶接するステップと、
を備える方法において、
前記レーザープロフィロメータ及び前記レーザー溶接装置のための共通のレーザー源を提供するステップと、
前記レーザープロフィロメータと前記レーザー溶接装置に対して、レーザー出力、周波数、又は出力変調の1つ以上によって異なるモードで前記レーザー源を作動させるステップと、
をさらに備えることを特徴とする、方法。 - タービンの部品を溶接する方法であって、
制御システムによる共通の制御の下にある作業台、レーザープロフィロメータ、及びレーザー溶接装置を提供するステップであって、前記作業台と、前記レーザープロフィロメータ又は前記レーザー溶接装置の一方と、の間の制御された相対的な動きを提供するためのステップと、
基材を有する前記タービンの部品を前記作業台に結合するステップと、
前記タービンの部品の前記基材の表面を、前記レーザープロフィロメータ及び前記作業台を前記制御システムの制御の下で作動することによって、リアルタイムに走査し、前記部品の寸法データを取得するステップと、
前記部品の寸法データと仕様上の寸法データを前記制御システムによってリアルタイムで比較し、溶接された前記部品の寸法を前記仕様上の寸法データに合わせるように、前記部品の基材の表面の部分を構築するための溶接パターンを決定するステップと、
前記部品の基材の表面を、前記レーザー溶接装置及び前記作業台を決定された前記溶接パターンに従って前記制御システムの制御の下で作動することによって、リアルタイムで溶接するステップと、
を備える方法において、
レーザー溶接中に生成された、反射された周波数の外側の周波数範囲に前記レーザープロフィロメータのレーザー周波数を選択するステップと、
前記レーザープロフィロメータの走査センサから、レーザー溶接中に生成された、反射された周波数範囲を取り除くステップと、
によって、前記レーザープロフィロメータの走査感度を改善するステップをさらに備える、方法。 - その後、溶接された前記部品の表面を、前記レーザープロフィロメータによってリアルタイムで走査して、溶接後の前記部品の寸法データを取得するステップと、
溶接後の寸法データが前記仕様上の寸法データと一致しているかどうかを前記制御システムによって決定するステップと、
をさらに備える請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。 - 前記溶接後の寸法データを前記仕様上の寸法データに一致させるように、前記制御システムによってフィードバックループの中で前記溶接パターンを修正するステップをさらに備える請求項4に記載の方法。
- 前記溶接するステップが、
フィラー材料を前記部品の基材の表面に導入するステップと、
溶接レーザービームを前記フィラー材料及び前記基材上に集束させるステップと、
光学的エネルギーを、前記溶接レーザービームから前記フィラー材料及び前記基材へ移送するステップであって、前記光学的エネルギーは、前記フィラー材料を、前記基材に熱的劣化を引き起こさせずにフィラー層として前記基材に融合させる、ステップと、
前記基材及び溶接レーザービームを、均一なエネルギー移送を維持しながら互いに対して移動するステップと、
をさらに備え、
提供された前記レーザー溶接装置が、
光学的エネルギーを前記タービンの部品の基材及び前記基材上のフィラー材料に移送するための溶接レーザービームを生成する溶接レーザーであって、前記光学的エネルギーが、前記フィラー材料を、前記基材に熱的劣化を引き起こさせずにフィラー層として前記基材に融合させる、溶接レーザーと、
前記溶接レーザービームを途中で受ける少なくとも1つの可動ミラーであって、前記溶接レーザービームを前記基材上に方向づける、少なくとも1つの可動ミラーと、
それぞれの制御システム、前記少なくとも1つの可動ミラー、及び前記溶接レーザーそれぞれに結合した少なくとも1つの駆動システムであって、前記溶接レーザービームと前記基材との間に相対的な移動を生じさせる、少なくとも1つの駆動システムと、
を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。 - 前記均一なエネルギー移送を維持するステップが、
前記部品の表面トポロジーに基づいて光学的エネルギーの移送を変えるステップ、
前記基材と溶接レーザービームとの相対的な移動速度を変えるステップ、
レーザー出力を変えるステップ、
前記溶接レーザービーム及び前記基材を、前記溶接レーザービームが前記基材をラスタースキャンするように互いに対して動かすステップ、
前記基材と前記溶接レーザービームとを溶接パターンの経路に沿って互いに対して並進させ、かつオシレーションさせるステップ、
レーザー出力を変調するステップ、
フィラー材料の組成、フィラー分配システムによる導入量又は分散パターンを変えるステップ、又は
閉フィードバックループにおける制御システムによってエネルギー移送をモニターし、モニターされたエネルギー移送に基づいてエネルギー移送量を変えるステップ、
のいずれかを備えることを特徴とする請求項6に記載の方法。
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