CN104619454A - 采用三维成像焊接路径控制的自动化高温合金激光熔覆*** - Google Patents

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Abstract

通过激光束焊接对高温合金部件(例如性能劣化的涡轮机轮叶和导叶)进行熔覆。通过预先对部件进行扫描(优选采用实时、非接触三维尺寸扫描)并把获得的尺寸扫描数据与部件的规格尺寸数据对比来确定焊接/熔覆路径，包括熔覆施加轮廓。确定被扫描部件的熔覆焊接路径，以使其尺寸符合规格尺寸数据。激光焊接装置优选与熔覆填充金属分布装置协作按焊接路径进行焊接，以施加所需的熔覆轮廓。在一些实施例中，对被焊部件进行焊后非接触三维尺寸扫描，并把焊后扫描尺寸数据与规格尺寸数据对比。优选通过焊前/焊后三维尺寸扫描在反馈回路中修改焊接路径和/或熔覆轮廓施加。

Description

采用三维成像焊接路径控制的自动化高温合金激光熔覆***
对相关申请的引用
本专利申请要求于2012年9月12日提交的标题为“SUPERALLOYLASER CLADDING WITH SURFACE TOPOLOGY ENERGY TRANSFERCOMPENSATION(采用表面拓扑能量传递补偿的高温合金激光熔覆)”的共有未决美国发明专利申请13/611,034、于2012年9月12日提交的标题为“LASER CLADDING SYSTEM FILLER MATERIAL DISTRIBUTIONAPPARATUS(激光熔覆***的填料分布装置)”的美国发明专利申请13/611,144、以及于2013年7月8日提交的标题为“METHOD FORAUTOMATED SUPERALLOY LASER CLADDING WITH 3D IMAGINGWELD PATH CONTROL(采用三维成像焊接路径控制的自动化高温合金激光熔覆方法”)的美国发明专利申请13/936,395(案号2013P06709US/2012E26552US)的优先权，所有这些专利申请的内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种通过激光束焊接对高温合金部件(例如性能劣化的涡轮机轮叶和导叶)进行熔覆的***或方法。通过预先对部件进行扫描(优选采用实时、非接触三维尺寸扫描)并把获得的尺寸扫描数据与部件的规格尺寸数据对比来确定焊接/熔覆路径。确定被扫描部件的熔覆焊接路径，以使其尺寸符合规格尺寸数据。激光焊接装置优选与熔覆填料分布装置协作按焊接路径进行焊接。在一些实施例中，对被焊部件进行焊后非接触三维尺寸扫描，并把焊后扫描尺寸数据与规格尺寸数据对比。优选通过焊前/焊后三维尺寸扫描在反馈回路中修改焊接路径和/或熔覆施加。
背景技术
通常认为，燃气轮机或其它高温合金部件的“结构”修理是使用相配的合金材料替换受损的材料，并获得接近于原始制造部件规格的特性，例如强度(例如，极限抗拉强度至少达到原始规格的百分之七十)。例如，优选在已出现表面裂纹的涡轮机轮叶上进行结构修理，从而降低进一步开裂的危险，并把轮叶恢复至原始材料的结构和尺寸规格。
对于用于制造涡轮机部件(例如涡轮机轮叶)的镍基和钴基高温合金材料，由于成品轮叶材料的冶金特性，修理起来很困难。成品涡轮机轮叶合金通常在铸造后热处理过程中进行过强化，这使得难以对它们进行后续的结构焊接。当使用由相同或相似合金构成的填充金属对由这种高温合金材料制造的轮叶进行焊接时，在意图恢复高温合金的原始强度和把其它材料特性恢复到与新部件相当的水平的后续热处理过程中，轮叶易在焊缝内和焊缝附近出现凝固裂纹(又名液化裂纹)和/或应变时效裂缝(又名再热裂纹)。
一种意图熔化高温合金填充金属而又不会给下层高温合金基底造成热损害的已知高温合金接合和修理方法是激光束焊接，又名激光束微熔覆。与高温合金基底材料相容或相同的高温合金填充金属(常常是粉末填料)在焊接前预先放到基底表面上，或者在熔覆过程中通过加压气体喷到表面上。固定激光器(即，除了相对平移外，在施加激光束的过程中，激光器和基底具有固定的相对方位)产生的聚焦激光光能的“光斑”区液化填充金属，并充分加热基底表面，以促进填料和基底材料的良好结合，该结合层随后凝固为基底表面上的熔覆沉积层。与其它已知的传统焊接过程相比，激光束微熔覆是一个低热输入过程，对基底的熔化和快速凝固的控制较好，这能降低导致上述的凝固裂纹的倾向。激光焊接/熔覆过程中对高温合金基底的较低热输入还能最大限度地减少残余应力，这种残余应力易导致上述的焊后热处理应变时效裂纹。虽然激光熔覆焊缝与通过传统手段形成的焊缝相比具有结构优点，但是实际的制造和修理情况需要很大的覆层表面积和/或大量覆盖，而这是通过任何单次熔覆沉积材料所不能填满的。
为了满足为高温合金部件增加体量的需求，基底上的激光熔覆沉积层可由相邻凝固熔覆道次的一维或二维阵列构成。可在自动化控制下施加多个激光焊接覆层道次和焊层，以构造表面尺寸体量。产生激光熔覆沉积层的阵列常常导致在沉积材料和热影响区的下层基底材料中形成微裂纹和缺陷。某些缺陷与局部激光光能热输入不足时常见的未熔合(LoF)有关。基底(例如涡轮机轮叶)常常需要使用同等数量的高温合金填料对缺失的轮叶基底材料量进行结构修理，以恢复轮叶的原始结构尺寸。在已知的激光熔覆技术中，使用独立施加的激光熔覆沉积带或道次的二维填料焊缝阵列来填充缺失的基底体量。与一系列毗连并交叠的凸点或焊点类似的是，在形成一片沉积物之后，激光束焦点位置和基底表面在自动化控制下彼此相对移动，以焊接下一片沉积物。采用已知的多维填料沉积设备，在基底表面上预置一层填料颗粒(常常为粉末形式)，或者通过压缩气体进料喷嘴在激光“光斑”投射位置喷射一层填料颗粒。
高温合金涡轮机部件基底的自动化或半自动化激光焊接修理需要为循迹目的定义每个零件的几何形状，以便使激光熔覆路径在部件的所需表面部分上形成固化沉积带。把部件的实测几何轮廓信息与所需的部件规格几何轮廓信息对比。这种对比的目的是确定部件表面上需要固化填充物的尺寸不足部分。对比信息用于编制激光熔覆或焊接路径，以期使新填充的部分达到或超过所需的规格尺寸。若焊接部件的新填充部分仍尺寸不足，则必须重新测量部件，并利用第二个焊接路径重新焊接部件。在应用一个或多个焊接路径后，对焊接部件进行检查，以检查焊接质量。在焊接过程之后残留的或在焊接过程中产生的孔洞或裂纹可能使部件不适合于其使用目的，在这种情况下，以前的焊接工作和花销会浪费。若焊后检查表明零件可用，则需要通过已知的金属加工过程去除任何焊后多余材料。
在已知的焊接过程中，典型情况下，在修理加工之前通过摄像头来收集部件或零件的轮廓几何信息，并通过对比测量来定义。可布置在自动化焊接***的机器视觉子***中的光学摄像头捕获涡轮机部件轮廓的可视图像。使用光学对比度来定义部件的轮廓或覆盖面积。自动化焊接***利用光学定义的部件轮廓和部件的所需尺寸规格轮廓来确定部件和焊点之间的相对移动焊接路径(即，零件在运动控制工作台上移动，或者焊接设备移动，或两者同时移动)。执行焊接路径的焊接***在部件表面上进行熔覆，以填充通过光学摄像头***获得的实际定义外形尺寸与规格尺寸之间的缺失量。
用于定义被修理部件的几何尺寸和轮廓的传统光学方法需要专门的零件照明，并且分辨率和精度不足。光学测量方法仅产生平面的二维轮廓信息，而高度尺寸只能通过阴影解析来推断。因此，由焊接装置执行的焊接路径仅近似于部件的二维轮廓。填料高度的确定由焊接操作者通过经验确定，或者由自动化焊接路径处理器通过估算获得部件规格中的高度尺寸所需的相邻层的数目来确定。在修理过程中，当部件的物理状况发生变化(例如热变形)、部件表面和焊接装置移动或错位、焊接路径被误导、或者产生焊接缺陷(例如孔隙和/或裂纹)时，传统的光学部件测量方法不能用作调整加工装置的反馈。除了之前确定的光学测量***照明，分辨率和精度不足外，在焊接过程中，由于激光熔覆/焊接***产生大量烟雾和很强的紫外线(UV)发射，因此无法获得可视图像。烟雾会使反射的光学摄像头光线发生散射，高强度的紫外线发射会使光学摄像头无法捕获可视图像。
美国专利5,504,303提出使用一种非接触激光轮廓测定仪来获得钻石表面的三维尺寸外形测量信息。然后把实测信息与所需的规格信息对比。随后使用烧蚀激光来切除被确定为比所需规格厚的表面部分。然后使用激光轮廓测定仪再次扫描被切割表面，以确定表面现在是否符合所需的厚度规格。切割和扫描依次重复，直到表面符合所需的规格。在该专利中还声称，所述轮廓测定仪和烧蚀***可利用普通激光装置。
因此，业界需要一种涡轮机部件激光熔覆***或方法，该***或方法能够实时获取部件尺寸数据，把获得的尺寸数据与规格尺寸数据对比，并确定焊接模式，以按照既定的焊接模式形成部件表面，从而根据在焊接过程中发生的瞬时变化动态确定和调整焊接模式。这种瞬时变化的例子包括但不局限于在焊接过程中发生部件热变形、部件表面和焊接装置移动和/或错位、焊接路径被误导、或者产生焊接缺陷(例如孔隙和/或裂纹)。
业界还需要一种涡轮机部件激光熔覆***或方法，该***或方法能实时地执行后续的焊后部件表面测量，并确定焊后表面测量数据是否与所需的规格尺寸数据和/或焊接质量相符(例如，焊接表面没有孔隙和/或微裂纹)。为了满足这种需求，该***或方法优选在实时反馈回路中结合有焊后测量和/或检测功能，以动态调整焊接过程，从而形成符合所需规格的焊接表面。
业界还需要一种涡轮机部件激光熔覆***或方法，该***或方法能够实时或连续地获取尺寸数据，把获得的尺寸数据与规格数据对比，确定用于按照既定的焊接模式形成部件表面的焊接路径和焊接过程，并通过从焊接激光器向填料和基底传递光能来进行焊接，该光能把填料作为填料层熔合到基底上，而不会导致基底发生热老化。为了满足这种避免热老化的需求，所述***或方法优选根据部件表面拓扑改变光能的传递。
业界还需要一种涡轮机部件激光熔覆***或方法，该***或方法能随着激光焊接过程的进行实时或连续地获取尺寸数据，而不受激光焊接过程中产生的烟气状况和/或紫外线发射的影响。
发明内容
相应地，本发明目的之一是产生一种涡轮机部件激光熔覆***或方法，该***或方法能够实时获取部件尺寸数据，把获得的尺寸数据与规格尺寸数据对比，并确定焊接模式，以按照既定的焊接模式形成部件表面，从而根据在焊接过程中发生的瞬时变化动态确定和调整焊接模式。这种瞬时变化的例子包括但不局限于在焊接过程中发生部件热变形、部件表面和焊接装置移动和/或错位、焊接路径被误导、或者产生焊接缺陷(例如孔隙和/或裂纹)。
本发明之另一目的是产生一种涡轮机部件激光熔覆***或方法，该***或方法能实时地执行后续的焊后部件表面测量，并确定焊后表面测量数据是否与所需的规格尺寸数据和/或焊接质量相符(例如，焊接表面没有孔隙和/或微裂纹)。这种***或方法优选在实时反馈回路中结合有焊后测量和/或检测功能，以动态调整焊接过程，从而形成符合所需规格的焊接表面。
本发明之另一目的是产生一种涡轮机部件激光熔覆***或方法，该***或方法能够实时或连续地获取尺寸数据，把获得的尺寸数据与规格数据对比，确定用于按照既定的焊接模式形成部件表面的焊接路径和焊接过程，并通过从焊接激光器向填料和基底传递光能来进行焊接，该光能把填料作为填料层熔合到基底上，而不会导致基底发生热老化。为了满足这种避免热老化的需求，所述***或方法优选根据部件表面拓扑改变光能的传递。
本发明之又一目的是产生一种涡轮机部件激光熔覆***或方法，该***或方法能随着激光焊接过程的进行实时或连续地获取尺寸数据，而不受激光焊接过程中产生的烟气状况和/或紫外线发射的影响。
这些和其它目的是通过本发明的激光熔覆***或方法来实现的，其中，通过激光束焊接对涡轮机部件(例如性能劣化的高温合金涡轮机轮叶和导叶)进行熔覆。通过预先对部件进行扫描(优选采用动态实时、非接触三维空间扫描)并把获得的空间扫描数据与部件的规格尺寸数据对比来确定焊接/熔覆路径，包括熔覆施加轮廓。确定被扫描部件的熔覆焊接路径是否使其尺寸符合规格尺寸数据。激光焊接装置优选与熔覆填料分布装置协作按焊接路径进行焊接，以施加所需的熔覆轮廓。在一些实施例中，对被焊部件进行焊后非接触三维尺寸扫描，并把焊后扫描尺寸数据与规格尺寸数据对比。优选通过焊前/焊后三维尺寸扫描在实时反馈回路中动态修改焊接路径和/或熔覆轮廓施加。在此优选的示例性方式中，焊接模式(路径和/或轮廓)是动态确定的，并根据在焊接过程发生的瞬时变化实时调整。这种瞬时变化的例子包括但不局限于在焊接过程中发生部件热变形、部件表面和焊接装置移动和/或错位、焊接路径被误导、或者产生焊接缺陷(例如孔隙和/或裂纹)。本发明的实施例能随着激光焊接过程的进行实时或连续地获取尺寸数据，而不受激光焊接过程中产生的烟气状况和/或紫外线发射的影响。
本发明的实施例示出一种用于对具有基底和表面的涡轮机部件熔覆填料层的***，该***包括用于接收涡轮机部件基底的工作台装置，该工作台装置具有工作台接口。该***还具有激光轮廓测定仪装置，该装置用于扫描涡轮机部件基底表面，并获取部件尺寸数据。所述轮廓测定仪装置具有：扫描激光器，其产生扫描激光束，用于使光能从涡轮机部件表面反射；至少一个移动扫描反射镜，其拦截扫描激光束，用于使扫描激光束朝向基底表面；以及激光轮廓测定仪装置驱动***接口，其耦合至所述的扫描激光器和至少一个移动扫描反射镜，用于使激光器和反射镜之间相对移动。该***还具有熔覆填料分布装置，该装置用于在涡轮机部件基底上引入填料，并包括用于向涡轮机部件基底和基底上的填料传递光能的激光焊接装置，该光能使填料熔覆在基底上，作为以焊接模式施加的沉积填料层。所述焊接装置具有：焊接激光器，其产生焊接激光束，用于传递光能；至少一个移动焊接反射镜，其拦截焊接激光束，用于使激光束朝向基底；以及焊接激光装置驱动***接口，其耦合至所述的焊接激光器和至少一个移动焊接反射镜，用于使反射镜和激光器之间相对移动。驱动***与工作台、轮廓测定仪、熔覆填料分布装置、激光焊接装置以及它们各自的驱动接口工作耦合，以操作这些装置，并实现这些装置之间的受控相对运动。控制***与所述装置中的每一个和其驱动接口工作耦合，用于使用激光轮廓测定仪装置获取部件尺寸数据，并把获得的部件尺寸数据与部件的规格尺寸数据比较。根据数据比较结果，控制器确定熔覆部件基底表面部分的相应填料引入模式和/或焊接模式，以使焊后部件尺寸符合部件规格尺寸数据。控制器使熔覆填料分布装置和激光焊接装置执行其各自模式，以熔覆涡轮机部件基底。
本发明的其它实施例示出一种用于对具有基底和表面的涡轮机部件熔覆填料层的***，该***包括用于接收涡轮机部件基底并具有工作台接口的工作台装置，以及用于实时扫描涡轮机部件基底表面并获取部件尺寸数据的激光轮廓测定仪装置。所述轮廓测定仪装置具有：扫描激光器，其产生扫描激光束，用于使光能从涡轮机部件表面反射；至少一个移动扫描反射镜，其拦截扫描激光束，用于使扫描激光束朝向基底表面；以及激光轮廓测定仪装置驱动***接口，其耦合至所述的扫描激光器和至少一个移动扫描反射镜，用于使激光器和反射镜之间相对移动。该***还包括熔覆填料分布装置，该装置用于在涡轮机部件基底上引入填料，并具有：分布装置外壳，其具有限定分布孔的外表面以及与分布孔相通、适于留存填料的内腔；适于有选择性地从所述内腔经由分布孔供送填料的进料机构；以及进料机构驱动***接口，该接口耦合至进料机构，用于有选择性地从所述内腔经由分布孔供送填料。该***还具有用于向涡轮机部件基底和基底上的填料传递光能的激光焊接装置，该光能使填料熔覆在基底上，作为以焊接模式施加的沉积填料层。所述焊接装置具有：焊接激光器，其产生焊接激光束，用于传递光能；至少一个移动焊接反射镜，其拦截焊接激光束，用于使激光束朝向基底；以及焊接激光装置驱动***接口，其耦合至所述的焊接激光器和至少一个移动焊接反射镜，用于使激光器和反射镜之间相对移动。驱动***与工作台、轮廓测定仪、熔覆填料分布装置、激光焊接装置以及它们各自的驱动接口工作耦合，用于操作这些装置，并实现它们之间的受控相对运动。控制***与上述装置中的每一个和其驱动接口工作耦合，用于使用激光轮廓测定仪装置实时地获取部件尺寸数据，并实时地把获得的部件尺寸数据与部件的规格尺寸数据比较。根据比较结果，控制器实时地确定熔覆部件基底表面部分的相应填料引入模式和/或焊接模式，以使焊后部件尺寸符合部件规格尺寸数据；并使熔覆填料分布装置和激光焊接装置实时地执行其各自的模式，从而对部件基底进行熔覆。
本发明的其它实施例示出一种用于对具有基底和表面的涡轮机部件熔覆填料层的***。该***具有移动工作台装置，该移动工作台装置由运动控制***驱动，用于在其上接收涡轮机部件基底，并具有工作台接口。该***具有激光轮廓测定仪装置，该装置用于实时地扫描涡轮机部件基底表面，并获取部件尺寸数据。所述轮廓测定仪装置具有：扫描激光器，其产生扫描激光束，用于使光能从涡轮机部件表面反射；至少一个移动扫描反射镜，其拦截扫描激光束，用于使扫描激光束朝向基底表面；以及激光轮廓测定仪装置驱动***接口，其耦合至所述的扫描激光器和至少一个移动扫描反射镜，用于使激光器和反射镜之间相对移动。该***还包括熔覆填料分布装置，该装置用于在涡轮机部件基底上引入填料，并具有分布装置外壳，该分布装置外壳具有限定分布孔的外表面和与分布孔连通的内腔，该内腔适合于在其中留存填料。进料机构适于有选择性地从所述内腔经由分布孔供送填料。进料机构驱动***接口耦合至进料机构，用于有选择性地从所述内腔经由分布孔供送填料。激光焊接装置向涡轮机部件基底和基底上的填料传递光能，该光能使填料熔覆在基底上，作为以焊接模式施加的沉积填料层。所述焊接装置具有：焊接激光器，其产生焊接激光束，用于传递光能；至少一个移动焊接反射镜，其拦截焊接激光束，用于使激光束朝向基底；以及焊接激光装置驱动***接口，其耦合至所述的焊接激光器和至少一个移动焊接反射镜，用于使激光器和反射镜之间相对移动。在该***中，第二激光轮廓测定仪装置处于激光焊接装置的下游，用于扫描熔覆涡轮机部件基底的表面，并获取焊后部件尺寸数据。驱动***与工作台、轮廓测定仪、熔覆填料分布装置、激光焊接装置以及它们各自的驱动接口工作耦合，以操作这些装置，并实现这些装置之间的受控相对运动。该***还具有控制***，该控制***与上述装置中的每一个以及它们的驱动接口工作耦合，用于：使用激光轮廓测定仪装置实时地获取部件尺寸数据；实时地把获得的部件尺寸数据与部件的规格尺寸数据比较；并且，根据尺寸数据比较结果：实时地确定熔覆部件基底表面部分的相应填料引入模式和/或焊接模式，以使焊后部件尺寸符合部件规格尺寸数据；并使熔覆填料分布装置和激光焊接装置实时地执行其各自的模式，从而对部件基底进行熔覆；并且把焊后部件尺寸数据与部件的规格尺寸数据比较。根据比较结果，控制器实时地改变熔覆部件基底表面部分的相应填料引入模式和/或焊接模式，以使焊后部件尺寸符合部件规格尺寸数据。
本领域技术人员可按任何组合或细分组合的方式共同或分别地应用本发明之目的和特性，包括与本文所述的其它特性组合。
附图说明
通过参照附图研究以下详细说明，能够轻松理解本发明的教导。在附图中：
图1是焊接高温合金涡轮机叶片的涡轮机部件焊接***的一个实施例的侧视立面图；
图2A是沿图1的截面2-2截取的焊接高温合金涡轮机叶片的涡轮机部件焊接***的平面图；
图2B是图2A的高温合金涡轮机叶片的平面详图，示出了焊接区，该焊接区包括裸露的轮叶、沉积在激光束上游的轮叶上的填料、激光束内的有效熔覆部分、以及激光束下游的焊后沉积带；
图3是自动化激光熔覆***的一个示例性实施例的示意图，该自动化激光熔覆***结合有用于待熔覆部件的工作台、焊前扫描激光轮廓测定仪、激光焊接***、填料分布装置、以及焊后扫描激光轮廓测定仪；
图4是图3的熔覆***的一种示例性多层激光焊接光栅状扫描模式的示意图；
图5是示意性侧视立面图，示出图3的填料分布装置在激光焊接***的激光束光栅状扫描模式焊接路径的前方在基底上分布填料；
图6是示意性俯视平面图，示出图3和图5的填料分布装置在激光焊接***的激光束光栅状扫描模式焊接路径的前方在基底上分布填料；
图7是填料分布装置的一个实施例的轴向截面图，示出在焊接***的激光束光栅状扫描模式焊接路径的前方在基底表面区域上横跨第一宽度分布填料；
图8是轴向截面图，示出图7的填料分布装置在激光焊接***的激光束光栅状扫描模式焊接路径的前方在基底表面区域上横跨比图7所示的宽度窄的第二宽度分布填料；
图9是填料分布装置的另一个示例性实施例的局部横截面图，该装置具有可有选择性地改变尺寸的分布孔；
图10是填料分布装置的另一个示例性实施例的局部示意性横截面图，该装置具有多个填料料斗或料箱，用于有选择性地改变施加到基底表面上的填料的成分；
图11是共享用于三维扫描和焊接的公共激光源的扫描激光轮廓测定仪和激光焊接***的示意图；和
图12是具有不同激光源的激光焊接***嵌套光纤管和变焦透镜的示意图，所述激光源光耦合至光纤管的芯层和外侧的熔覆光层，以便有选择性地变更在焊接过程中所使用的激光束。
为了便于理解，尽量使用相同的标号来指示附图中共有的相同元件。
具体实施方式
在思考以下说明后，本领域技术人员能够清晰认识到，在通过激光束焊接来熔覆涡轮机部件(例如性能劣化的高温合金涡轮机轮叶和导叶)的激光熔覆***或方法中，能够轻易地利用本发明的教导。通过预先对部件进行扫描(优选采用动态实时、非接触三维空间扫描)并把获得的空间扫描数据与部件的规格尺寸数据对比来确定焊接/熔覆路径，包括熔覆施加轮廓。确定被扫描部件的熔覆焊接路径是否使其尺寸符合规格尺寸数据。激光焊接装置优选与熔覆填料分布装置协作按焊接路径进行焊接，以施加所需的熔覆轮廓。
在本文所述的一些实施例中，对被焊部件进行焊后非接触三维尺寸扫描，并把焊后扫描尺寸数据与规格尺寸数据对比。优选通过焊前/焊后三维尺寸扫描在实时反馈回路中动态修改焊接路径和/或熔覆轮廓施加。在此优选的示例性方式中，焊接模式是动态确定的，并根据在焊接过程发生的瞬时变化实时调整。这种瞬时变化的例子包括但不局限于在焊接过程中发生部件热变形、部件表面和焊接装置移动和/或错位、焊接路径被误导、或者产生焊接缺陷(例如孔隙和/或裂纹)。
焊接过程是通过从焊接激光向填料和基底传递光能来完成的，该光能把填料作为填料层熔合到基底上，而不会导致基底发生热老化。在此处所述的实施例中，通过根据部件表面拓扑改变光能的传递以便向基底和填料传递一致的能量，能够避免部件基底发生热老化。在本发明的实施例中，在焊接过程中，通过以下的一个或多个手段，可实现一致的能量传递：改变所述基底和焊接激光束的相对移动速度；改变激光功率输出；使焊接激光束和所述基底相互之间形成光栅状扫描；沿焊接模式路径使所述基底和焊接激光束彼此相对平移和摆动；改变填料的组成、引入速度或分散模式；或使用控制***在闭环反馈回路中监测能量传递，并根据监测的能量传递改变能量传递速率。本发明的实施例能随着激光焊接过程的进行实时或连续地获取尺寸数据，而不受激光焊接过程中产生的烟气状况和/或紫外线发射的影响。
图1、图2A和图2B中示出了自动化激光熔覆***15的一个示例性实施例。涡轮机部件(例如高温合金涡轮机轮叶20)与虚线所示的新轮叶的所需叶尖规格尺寸20S相比具有性能劣化的破损叶尖表面20A。更具体地说，在图2B中，焊接激光束摆动扫描680上游的叶尖凹槽部分20A具有比规格宽度dS窄的实测尺寸宽度dA。沉积在破损叶尖表面20A上的粉末填料通过焊接激光束摆动扫描680熔合到部件基底的叶尖表面上。光束680的连续的光栅式激光焊接道次构成侧向接合的沉积带21-23，从而形成连续填料沉积层D，该沉积层的宽度dD稍宽于规格宽度dS。通常，在轮叶的焊后检查成功完成后，需要通过已知的金属加工过程(例如研磨)来去除多余宽度。箭头W表示激光束680相对于基底20的定向运动。然后，基底相对于激光束680的定向运动与箭头W所示的方向相反。在优选实施例中，激光焊接过程沿定义的路径在W方向上连续、动态地实时进行。
图3(以及图4和图5中所示的同尺寸详图)是自动化激光熔覆***15的一个示例性实施例的示意图，该自动化激光熔覆***结合有用于待熔覆部件基底20的工作台30、焊前扫描激光轮廓测定仪50、激光焊接***60、填料分布装置70、以及可选的焊后扫描激光轮廓测定仪80；更具体地说，熔覆***15包括工作台30，涡轮机轮叶20或其它涡轮机部件基底附到该工作台30上。可选的工作台运动控制***35用于在如图所示的X、Y和Z坐标系中或任何其它的单轴或多轴坐标系中移动工作台30。以虚线示意性地示出(图1)的熔覆***门架40可选地结合至门架运动控制***45，以便在所示的X、Y和Z坐标系中或任何其它单轴或多轴坐标系中移动工作台30。运动控制***45和/或35用于实现门架40与基底20之间的相对运动，以便在基底表面上形成焊接熔覆图案。
门架40包括用于获取基底20的三维尺寸数据的焊前非接触激光轮廓测定仪50、产生焊接激光束680的激光焊接装置60、以及用于有选择性地在基底表面上沉积填料F的填料分布***70，填料F最终被焊接激光束熔化，从而形成固结沉积带D。可选的焊后非接触激光轮廓测定仪80获取焊后尺寸数据。熔覆***15在控制器90的控制下工作，控制器90优选具有人机界面(HMI)，以便操作人员监视、控制和变更焊接装置和其焊接方法。填料分布***70的构造和操作在上文所提及的美国专利申请13/611,144中说明。填料分布装置70有助于填料在整个焊接模式路径上的均匀分布：不论是通过已知的熔覆***和方法产生的一系列顺次沉积的焊道，还是由上文中提及的美国专利申请13/611,034中所述的激光焊接***60和其方法执行的多维光栅式连续焊接模式。
图1和图3示意性地示出了门架40、激光焊接装置60和填料分布装置70。焊接装置60是美国专利申请13/611,034中所披露的那类连续路径焊接激光熔覆焊接装置。如图2A所示，熔覆***15包括工作台30，涡轮机部件基底20(例如高温合金材料涡轮机轮叶或导叶)附在工作台30上。可选的工作台运动控制***35用于在如图所示的X、Y和Z坐标系中或任何其它的单轴或多轴坐标系中移动工作台30。填料分布***70粉末状填料F，该填料适合于以多维(在此为二维)模式焊接基底20的表面，使其与焊接装置60的光栅状扫描模式相配。例如，若基底是高温合金，则填料常常是相同合金或相容合金的粉末。分布***70的填料供送速度由填料驱动***735控制，该填料驱动***735可为电动机驱动装置。分布***70可具有自己的独立运动控制***736，该***736用于相对于基底20移动倾倒填料粉末施加区。填料分布***装置70的构造将在激光焊接装置60的***综述之后更详细说明。
焊接装置60具有激光器，该激光器具有可选的变焦dF透镜***641或功率输出dP，其提供激光束680的光能源，用于加热基底20表面和填料F。焊接***60还具有移动反射镜***650，该反射镜***650具有反射镜660，能够在相应的驱动装置662、664和666的控制下进行单轴移动或多轴移动，图中所示为俯仰轴T、平扫轴P和转动轴R。驱动装置662、664和666可为已知构造的电动运动控制***的一部分，或者结合在受已知的控制器90控制的已知的检流计中。可替代地，激光束可被以单轴(或多轴)运动的多个反射镜拦截，以实现每个上述的轴运动。
控制器90可为独立控制器、可编程逻辑控制器或个人电脑。控制器90还可控制工作台30运动控制***35、门架40运动控制***45、粉末填料分布***70驱动装置735和/或可选的粉末填料分布***驱动装置运动控制***736、和/或激光器640的变焦dF和/或功率输出dP之中的一个或多个。与控制器90连通的已知的开环和/或闭环反馈回路可与驱动装置35、45、735、736、662-666、dF或dP之中的一个或多个关联。还可在闭环反馈回路中监测激光束光能向基底和填料的传递，从而控制器可根据监测的能量传递速率来改变能量传递速率。可以使用人机界面(HMI)来监视焊接操作和/或提供进行焊接操作的指导。
在操作焊接***60时，激光器640的输出激光束680从一个反射镜660(或多个反射镜)反射，进而反射到部件基底20上，这会向基底和填料F传递光能。基底20和填料F吸收传递的光能，以熔化填料，浸润基底表面，并把熔化的填料和基底表面彼此熔合，从而形成固结沉积带D。请参考图3和图4，基底20和激光束680通过工作台驱动***35、门架驱动***45和/或移动反射镜***650驱动装置662、664、666之中的一个或多个与控制***90的结合沿平移路径彼此相对移动，以形成连续焊接熔覆层或沉积层D。当移动反射镜***650结合在商售激光检流计***中时，可通过移动检流计反射镜660(或多个反射镜)进行相对平移和摆动来改变基底20和激光束680之间的相对运动以及激光光能的传递速率。激光束680和基底20/填料F之间的相对运动在平移运动的前沿(例如，图4和图5中的焊接线21的右侧前沿)保持连续的熔融焊接线，从而实现使用已知的无摆动激光熔覆***无法达到的熔合一致性。
在任何激光束聚焦区吸收的焊接激光器680的光能随聚焦时长成比例变化。以非限定性例子举例来说，激光束680的聚焦时长和与之成正比的吸收能量可通过以下方式改变：(i)激光束680可平行于焊接平移路径21摆动或横贯焊接平移路径21从一边到另一边(例如211)摆动；(ii)可改变摆动或平移速度；和(iii)可连续地或通过脉冲调制改变激光功率强度dP或焦点dF。因此，通过动态改变激光束680的聚焦时长，可沿焊接线平移路径改变向基底和填料F传递能量的速率，从而在整个焊层内保持一致的能量传递，而不论是否有局部拓扑变化。
如图3和图4所示，熔覆层可包括一层光栅型直线焊道21或多个相邻直线焊道21、22和23的二维焊道阵列。每个焊道的平移方向可按如图所示的方式顺次反转。对于每个焊道21、22和23，每个焊道的摆动方向可完全处于平移方向(211、221和231)的横向。可以增加正对以前道次的侧面的摆动持续时间，以确保熔合。可通过沿进出图4的方向(WI、WII、WIII)顺次交叠多层来施加多个彼此重叠的熔覆层，或者甚至把平移的方向变为不同于左右方向，例如变为与左右方向成90度的方向。所有这些多维光栅状扫描模式都需要预先地或随着激光束在填料和基底上的聚焦在基底表面上均匀分布填料。填料分布***70有助于填料在具体熔覆操作所需的任何尺寸的多维焊接模式“覆盖区”上的均匀分布。
在图5和图6中，填料分布***70在图4所示的激光束680光栅状扫描模式平移路径21方向和摆动路径211方向箭头的前方分布填充粉末材料F。在此实施例中，填料分布***70随着激光束680沿行进方向W移动。可替代地，激光束680和填料分布***70可保持在彼此相对固定的位置，而基底20沿相对于箭头W的反方向移动。
图5还示出了在功能上与激光焊接***60相似的已知激光轮廓测定仪50和80内的主要部件的更详细构造。轮廓测定仪50、80的每一个具有相应的激光源540、840、在控制器90的控制下工作以改变由相应的激光源产生的激光束的朝向的移动反射镜550、850、以及检测器560、860。轮廓测定仪50、80的每一个优选具有与它们的相应检测器560、860配套的已知构造的滤光器570、870。滤光器570、870滤除在激光焊接过程中产生的反射电磁频率的频带，以减少检测器噪音。已知的滤光器可包括在处理轮廓测定仪的扫描数据之前过滤检测器输出频率的机械滤光装置(例如镀膜透镜)或电滤光装置。
图7-10示出了填料分布***70的示例性实施例。分布***70具有限定内部腔体720的外壳710(在此为管状)和多个填料分布孔731-736(在下文中称为“孔”)，填料经由这些孔排出。虽然在此示例性实施例中示出了六个孔，但是可以有选择性地改变它们的排列模式和尺寸，以提供所需的填料分布模式。孔的排列模式例如可为如图7-10所示的直线模式或任何所需的多边形模式(例如长方形、梯形等)。转动螺旋740机械供料机构安装在外壳710中，并具有设定填料轴向流量限制的前密封件742和后密封件744。因此，填料分布流动宽度受孔731和736的最大展宽的约束。螺旋740由分布驱动***735在控制器90的控制下转动，并从供料料斗750向孔阵列731-736输送填料，而无需加压气体的辅助，或者仅使用不破坏所需的或可接受的填料分布模式的少量加压气体的辅助。虽然在焊接过程过程中可能仍需要使用惰性气体来实现氧化隔离，但是气体可独立供应，例如在焊接隔离室中提供。可替代地，焊料可与粉末状填充金属混合，或者单独供送，以提供这种保护功能。不使用加压气体辅助供送填料消除了气流涡流破坏填料分布一致性或导致填料结块的可能性。可通过改变螺旋740的转速来改变填料供送速度。可通过改变分布孔731-736的尺寸(将在下文中说明)或螺旋线型的尺寸来改变总体供料速度。
通过改变螺旋740在外壳710内的轴向位置，可有选择性地改变填料分布***70的供料宽度。对比图7和图8能够看出，通过把一个或多个孔731、732从螺旋740隔离，可使供料宽度变窄。也可通过改变分布孔的尺寸(如图9所示)来改变填料分布。在此，具有孔761、762等的孔板760遮盖外壳710中的较大的相应孔731、732等。可以使用其它已知的孔尺寸改变机构来代替孔板760，包括但不局限于独立的螺纹孔口和可调栅板。
图10示出了填料分布***70的另一个实施例，该实施例有助于有选择性地排出容纳在分别与排出阀751A-C相通的多个料斗750A、750B、750C中的不同填料成分。排出阀在控制器90的控制下有选择性地向外壳710中排放填料。
在图11所示的一个可替代实施例中，两个或更多激光焊接装置60或激光轮廓测定仪50、80共享一个公共的激光源640，该激光源的输出激光束被两个或更多移动反射镜***550、650、850反射。激光源640和其聚焦***641可结合有激光驱动***642，该激光驱动***642与控制***90工作耦合，用于复用、汇聚和重定向激光束光斑和/或方向。可替代地，可以利用与控制***90工作耦合的移动反射镜***550、650、850来复用或重定向激光束方向。可针对特定应用有选择性地改变共享的激光源频率、功率输出、光斑尺寸、调制等，作为焊接激光束或尺寸扫描激光束。若熔覆***顺次进行焊前尺寸扫描、焊接和可选的焊后尺寸扫描，则可利用一个公共的激光源来实现所有三个顺次功能。在实时动态工作的扫描***中，任何共享的激光源必须在共享装置之间复用。
在一些熔覆施加中，优选针对熔覆操作的不同部分利用不同的焊接激光束特性。例如，可针对沉积在裸露基底上的首层覆层优化第一组激光功率强度和/或频率范围特性，并针对首层上的后续沉积层优化第二组特性。可针对不同的表面拓扑优化第三组特性--例如沿相邻焊道的边界的拓扑。更好的方式可能是切换分别针对一组特定输出特性配置的不同激光器，而不是动态重新配置焊接激光输出特性。如图12所示，在嵌套光纤管643的输出端之前***激光变焦透镜641。不同的激光源640A和640B光耦合至光纤管芯层645和外侧熔覆光层644，用于有选择性地切换在焊接过程中所用的激光束。对于某种焊接应用，利用从激光源640B发出并经由光芯层645传播的激光束。类似地，对于其它焊接应用，利用从激光源640A并经由外侧熔覆光层644传播的激光束。
与已知的光学摄像头尺寸测量***不同的是，本发明的实施例能随着激光焊接过程的进行实时或连续地获取尺寸数据，而不受激光焊接过程中导致的烟气状况和/或紫外线发射的影响。与已知的顺次激光轮廓测定和激光切割***相比，不受烟气和/或高反射紫外线条件的影响快速获得精确的高分辨率焊前三维尺寸数据的能力能够极大地提高实时动态扫描和焊接的能力。可选的实时焊后三维尺寸扫描的附加能力有助于实现动态反馈控制***，该***能动态改变熔覆***的功能特性(例如焊接路径、焊接轮廓或施加、以及填料的动态选择性分布)，从而熔覆***能对焊接过程中基底性质的变化做出响应。
如上述的美国专利申请13/611,034中的更充分的说明，优选通过从焊接激光器向填料和基底传递适当的光能来动态、实时地控制焊接过程，该光能把填料熔覆在基底上，作为填料层，但不会导致所述基底热老化。在此处所述的实施例中，通过根据部件表面拓扑动态改变光能的传递以便向基底和填料传递一致的能量，能够避免部件基底发生热老化。在本发明的实施例中，在焊接过程中，通过以下的一个或多个手段，可实现一致的能量传递：改变所述基底和焊接激光束的相对移动速度；改变激光功率输出；使焊接激光束和所述基底相互之间形成光栅状扫描；沿焊接模式路径使所述基底和焊接激光束彼此相对平移和摆动；调制激光输出，使用填料分布***改变填料的组成、引入速度或分散模式；或使用控制***在闭环反馈回路中监测能量传递，并根据监测的能量传递改变能量传递速率。
虽然在本文中详细示出和说明了结合有本发明的教导的多种实施方式，但是本领域技术人员能够轻易地设计出仍结合有这些教导的许多不同的其它实施方式。本发明的应用不限于在说明中所述和在附图中所示的示例性实施例的详细构造和部件布置形式。本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施。而且，还应理解，在本文中所用的措词或术语仅用于说明性目的，不构成任何限制。“包含”、“包括”或“具有”等词和其变化形式的使用意味着涵盖其后所列的项目和同等项目、以及附加项目。除非另有规定或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”以及它们的变化形式按其广义范围使用，并涵盖直接和间接安装、连接、支撑和耦合。而且，“连接”和“耦合”不局限于物理或机械连接或耦合。

Claims (20)

1.一种用填料层对具有基底和表面的涡轮机部件进行熔覆的***，包括：
工作台装置，用于在其上接收涡轮机部件基底，并具有工作台接口；
激光轮廓测定仪装置，用于扫描涡轮机部件基底表面，并获取部件尺寸数据，该激光轮廓测定仪装置具有：
扫描激光器，产生用于从涡轮机部件表面反射光能的扫描激光束；
至少一个移动扫描反射镜，拦截扫描激光束，用于把扫描激光束定向到基底表面上；和
激光轮廓测定仪装置驱动***接口，耦合至所述的扫描激光器和至少一个移动扫描反射镜，用于使它们之间彼此相对移动；
熔覆填料分布装置，用于在涡轮机部件基底上引入填料；
激光焊接装置，用于向涡轮机部件基底和该基底上的填料传递光能，该光能使填料熔合到该基底上，作为以焊接模式施加的沉积填料层，该激光焊接装置具有：
焊接激光器，产生焊接激光束，以传递光能；
至少一个移动焊接反射镜，拦截焊接激光束，用于把激光束定向到基底表面上；和
焊接激光装置驱动***接口，耦合至所述的焊接激光器和至少一个移动焊接反射镜，用于使它们之间彼此相对移动；
驱动***，与工作台、轮廓测定仪、熔覆填料分布装置、激光焊接装置以及它们各自的驱动接口工作耦合，以操作这些装置，并实现这些装置之间的受控相对运动；和
控制***，与所述这些装置的每一个和它们的驱动接口工作耦合，用于：
利用激光轮廓测定仪装置获取部件尺寸数据；
把获得的部件尺寸数据与部件规格尺寸数据比较；
根据部件尺寸数据和部件规格尺寸数据的比较结果：确定用于熔覆部件基底表面的各部分的相应填料引入模式和/或焊接模式，以使焊后部件尺寸符合部件规格尺寸数据；以及
使熔覆填料分布装置和激光焊接装置执行其各自模式，以熔覆涡轮机部件基底。
2.如权利要求1所述的***，其中，控制***实时监视和执行所有功能。
3.如权利要求1所述的***，其中，熔覆填料分布装置定位为在位于焊接激光束前方的基底上引入填料，并包括：
分布装置外壳，具有限定分布孔的外表面以及与分布孔相通、适于留存填料的内腔；
进料机构，适于有选择性地从所述内腔经由分布孔供送填料；和
进料机构驱动***接口，耦合至进料机构，用于有选择性地从所述内腔经由分布孔供送填料。
4.如权利要求3所述的***，其中，熔覆填料分布装置还包括：
多个排成阵列的分布孔；
分布孔隔离机构，用于有选择性地把分布孔与所述内腔中的填料隔离，并耦合至进料机构驱动***接口；
孔调整机构，用于有选择性地改变分布孔的尺寸，并耦合至进料机构驱动***接口；
所述控制***使熔覆填料分布装置有选择性地改变分布孔隔离机构、孔调整机构以及进料机构驱动***接口的操作，以执行填料引入模式。
5.如权利要求3所述的***，其中，熔覆填料分布装置还包括：
多个用于留存相应的填充金属的内腔；和
内腔选择机构，用于有选择性地使分布孔和相应的内腔连通，并耦合至进料机构驱动***接口；
所述控制***使熔覆填料分布装置有选择性地改变内腔选择机构以及进料机构驱动***接口的操作，以改变填料引入模式中的填料成分。
6.如权利要求1所述的***，其中，控制***通过以下的任何一个控制功能使焊接激光器和焊接激光驱动***接口在整个焊接模式中保持向所述基底一致地传递能量，而不会导致所述基底热老化：
改变所述基底和焊接激光束的相对移动速度；
改变焊接激光器的功率输出；
使焊接激光束和所述基底相互之间形成光栅状扫描；
沿焊接模式路径使所述基底和焊接激光束彼此相对平移和摆动；
调制焊接激光器的功率输出；
改变填料的成分、引入速度或分散模式；或
利用控制***在闭环反馈回路中监测能量传递，并根据监测的能量传递改变能量传递速率。
7.如权利要求1所述的***，还包括：
第二激光轮廓测定仪装置，处于激光焊接装置的下游，用于扫描熔覆涡轮机部件基底的表面，并获取焊后部件尺寸数据；
所述控制***把焊后部件尺寸数据与部件规格尺寸数据比较，并根据所述比较的结果改变用于熔覆部件基底表面各部分的相应填料引入模式和/或焊接模式，以使焊后部件尺寸符合部件规格尺寸数据。
8.如权利要求1所述的***，还包括：
滤光器，耦合至激光轮廓测定仪，用于在部件熔覆过程中屏蔽由激光焊接装置产生的或从部件反射的特定频率范围；并且
轮廓测定仪的激光束频率范围在被滤除的频率范围之外。
9.如权利要求1所述的***，还包括：
具有一对独立的光路的光纤管，所述光路在光纤管的输入端光耦合至相应的轮廓测定仪装置和焊接激光器；和
变焦透镜，用于聚焦由相应的激光器产生的激光束，并光耦合至光纤管的输出端。
10.如权利要求1所述的***，其中，轮廓测定仪装置和焊接装置共享用于产生相应的扫描和焊接激光束的公共激光器，控制***改变激光功率输出、频率或输出调制中的一项或多项，从而针对轮廓测定仪装置和焊接装置以不同模式操作激光源。
11.一种用填料层对具有基底和表面的涡轮机部件进行熔覆的***，包括：
工作台装置，用于在其上接收涡轮机部件基底，并具有工作台接口；
激光轮廓测定仪装置，用于实时扫描涡轮机部件基底表面，并获取部件尺寸数据，该激光轮廓测定仪装置具有：
扫描激光器，产生用于从涡轮机部件表面反射光能的扫描激光束；
至少一个移动扫描反射镜，拦截扫描激光束，用于把扫描激光束定向到基底表面上；和
激光轮廓测定仪装置驱动***接口，耦合至所述的扫描激光器和至少一个移动扫描反射镜，用于使它们之间彼此相对移动；
熔覆填料分布装置，用于在涡轮机部件基底上引入填料，该熔覆填料分布装置具有：
分布装置外壳，具有限定分布孔的外表面以及与分布孔相通、适于留存填料的内腔；
进料机构，适于有选择性地从所述内腔经由分布孔供送填料；和
进料机构驱动***接口，耦合至进料机构，用于有选择性地从所述内腔经由分布孔供送填料；
激光焊接装置，用于向涡轮机部件基底和该基底上的填料传递光能，该光能使填料熔合到该基底上，作为以焊接模式施加的沉积填料层，该激光焊接装置具有：
焊接激光器，产生焊接激光束，以传递光能；
至少一个移动焊接反射镜，拦截焊接激光束，用于把激光束定向到基底表面上；和
焊接激光装置驱动***接口，耦合至所述的焊接激光器和至少一个移动焊接反射镜，用于使它们之间彼此相对移动；
驱动***，与工作台、轮廓测定仪、熔覆填料分布装置、激光焊接装置以及它们各自的驱动接口工作耦合，以操作这些装置，并实现这些装置之间的受控相对运动；和
控制***，与所述这些装置的每一个和它们的驱动接口工作耦合，用于：
利用激光轮廓测定仪装置实时地获取部件尺寸数据；
实时地把获得的部件尺寸数据与部件规格尺寸数据比较；
根据部件尺寸数据和部件规格尺寸数据的比较结果：实时地确定用于熔覆部件基底表面的各部分的相应填料引入模式和焊接模式，以使焊后部件尺寸符合部件规格尺寸数据；和
实时地使熔覆填料分布装置和激光焊接装置执行其各自模式，以熔覆涡轮机部件基底。
12.如权利要求11所述的***，还包括：
第二激光轮廓测定仪装置，处于激光焊接装置的下游，用于扫描熔覆涡轮机部件基底的表面，并获取焊后部件尺寸数据；
所述控制***把焊后部件尺寸数据与部件规格尺寸数据比较，并根据所述比较的结果改变用于熔覆部件基底表面各部分的相应填料引入模式和/或焊接模式，以使焊后部件尺寸符合部件规格尺寸数据。
13.如权利要求11所述的***，还包括：
滤光器，耦合至激光轮廓测定仪，用于在部件熔覆过程中屏蔽由激光焊接装置产生的或从部件反射的特定频率范围；并且
轮廓测定仪的激光束频率范围在被滤除的频率范围之外。
14.如权利要求11所述的***，其中，控制***通过以下的任何一个控制功能使焊接激光器和焊接激光驱动***接口在整个焊接模式中保持向所述基底一致地传递能量，而不会导致所述基底热老化：
改变所述基底和焊接激光束的相对移动速度；
改变焊接激光器的功率输出；
使焊接激光束和所述基底相互之间形成光栅状扫描；
沿焊接模式路径使所述基底和焊接激光束彼此相对平移和摆动；
改变填料的成分、引入速度或分散模式；或
利用控制***在闭环反馈回路中监测能量传递，并根据监测的能量传递改变能量传递速率。
15.如权利要求11所述的***，其中，熔覆填料分布装置还包括：
多个排成阵列的分布孔；
分布孔隔离机构，用于有选择性地把分布孔与所述内腔中的填料隔离，并耦合至进料机构驱动***接口；
孔调整机构，用于有选择性地改变分布孔的尺寸，并耦合至进料机构驱动***接口；
所述控制***使熔覆填料分布装置有选择性地改变分布孔隔离机构、孔调整机构以及进料机构驱动***接口的操作，以执行填料引入模式。
16.如权利要求11所述的***，其中，熔覆填料分布装置还包括：
多个用于留存相应的填充金属的内腔；和
内腔选择机构，用于有选择性地使分布孔和相应的内腔连通，并耦合至进料机构驱动***接口；
控制***，使熔覆填料分布装置有选择性地改变内腔选择机构以及进料机构驱动***接口的操作，以改变填料引入模式中的填料成分。
17.一种用填料层对具有基底和表面的涡轮机部件进行熔覆的***，包括：
移动工作台装置，由运动控制***驱动，用于在其上接收涡轮机部件基底，并具有工作台接口；
激光轮廓测定仪装置，用于实时扫描涡轮机部件基底表面，并获取部件尺寸数据，该激光轮廓测定仪装置具有：
扫描激光器，产生用于从涡轮机部件表面反射光能的扫描激光束；
至少一个移动扫描反射镜，拦截扫描激光束，用于把扫描激光束定向到基底表面上；和
激光轮廓测定仪装置驱动***接口，耦合至所述的扫描激光器和至少一个移动扫描反射镜，用于使它们之间彼此相对移动；
熔覆填料分布装置，用于在涡轮机部件基底上引入填料，该熔覆填料分布装置具有：
分布装置外壳，具有限定分布孔的外表面以及与分布孔相通、适于留存填料的内腔；
进料机构，适于有选择性地从所述内腔经由分布孔供送填料；和
进料机构驱动***接口，耦合至进料机构，用于有选择性地从所述内腔经由分布孔供送填料；
激光焊接装置，用于向涡轮机部件基底和该基底上的填料传递光能，该光能使填料熔合到该基底上，作为以焊接模式施加的沉积填料层，该激光焊接装置具有：
焊接激光器，产生焊接激光束，以传递光能；
至少一个移动焊接反射镜，拦截焊接激光束，用于把激光束定向到基底表面上；和
焊接激光装置驱动***接口，其耦合至所述的焊接激光器和至少一个移动焊接反射镜，用于使它们之间彼此相对移动；
第二激光轮廓测定仪装置，处于激光焊接装置的下游，用于扫描熔覆涡轮机部件基底的表面，并获取焊后部件尺寸数据；
驱动***，与工作台、轮廓测定仪、熔覆填料分布装置、激光焊接装置以及它们各自的驱动接口工作耦合，以操作这些装置，并实现这些装置之间的受控相对运动；和
控制***，与所述这些装置的每一个和它们的驱动接口工作耦合，用于：
利用激光轮廓测定仪装置实时地获取部件尺寸数据；
实时地把获得的部件尺寸数据与部件规格尺寸数据比较；
根据部件尺寸数据和部件规格尺寸数据的比较结果：实时地确定用于熔覆部件基底表面的各部分的相应填料引入模式和焊接模式，以使焊后部件尺寸符合部件规格尺寸数据；
实时地使熔覆填料分布装置和激光焊接装置执行其各自模式，以熔覆涡轮机部件基底；和
实时地把焊后部件尺寸数据与部件规格尺寸数据比较，并根据所述比较的结果改变用于熔覆部件基底表面各部分的相应填料引入模式和/或焊接模式，以使焊后部件尺寸符合部件规格尺寸数据。
18.如权利要求17所述的***，还包括：
滤光器，耦合至每个相应的激光轮廓测定仪，用于在部件熔覆过程中屏蔽由激光焊接装置产生的或从部件反射的特定频率范围；和
每个相应的轮廓测定仪具有在被滤除频率范围之外的激光束频率范围。
19.如权利要求17所述的***，其中，控制***通过以下的任何一个控制功能使焊接激光器和焊接激光驱动***接口在整个焊接模式中保持向所述基底一致地传递能量，而不会导致所述基底热老化：
改变所述基底和焊接激光束的相对移动速度；
改变焊接激光器的功率输出；
使焊接激光束和所述基底相互之间形成光栅状扫描；
沿焊接模式路径使所述基底和焊接激光束彼此相对平移和摆动；
调制焊接激光器的功率输出；
改变填料的成分、引入速度或分散模式；或
利用控制***在闭环反馈回路中监测能量传递，并根据监测的能量传递改变能量传递速率。
20.如权利要求17所述的***，其中，熔覆填料分布装置还包括：
多个排成阵列的分布孔；
分布孔隔离机构，用于有选择性地把分布孔与所述内腔中的填料隔离，并耦合至进料机构驱动***接口；
孔调整机构，用于有选择性地改变分布孔的尺寸，并耦合至进料机构驱动***接口；
所述控制***使熔覆填料分布装置有选择性地改变分布孔隔离机构、孔调整机构以及进料机构驱动***接口的操作，以执行填料引入模式。
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