CN104630767A - 局部粉床选区熔化的金属零件修复装置以及修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种局部粉床选区熔化的金属零件修复装置，包括局部铺粉装置和用于夹持待修复零件的电磁铁夹具；局部铺粉装置通过横梁设置于导轨上，并可于电磁铁夹具上方移动，其包括粉缸、送粉槽、刮板以及控制***，送粉槽与粉缸连接，并固定于刮板的一侧，控制***用于控制送粉槽的送粉量；电磁铁夹具包括电磁工作台、电磁基板以及两个金属挡块，两个金属挡块设置于电磁工作台上，待修复零件放置于电磁工作台上，并由两个金属挡块夹持住，电磁工作台的正上方设有激光器，用于对待修复零件的选区进行激光融化。本发明还涉及一种修复方法。通过上述装置和方法可以完成高精度修复复杂结构零件，同时保证修复的质量好。

Description

局部粉床选区熔化的金属零件修复装置以及修复方法

技术领域

本发明涉及一种局部粉床选区熔化的金属零件修复装置以及修复方法，用于金属零件修复领域。

背景技术

飞机结构件、发动机零部件、金属模具等工作环境恶劣，在服役一段时间后，由于磨损、腐蚀、高温气体冲刷烧蚀、高低周疲劳、外力破坏等出现损伤而无法继续使用，零件将被判定为失效。零件在服役过程中产生的损伤多表现为尺寸超差、缺肉、裂纹等形式。损伤零件待修复区域多呈不规则形状。零件制造过程中也容易出现误加工现象，误加工的损伤多表现为尺寸超差、加工错位等形式。损伤零件的待修复区域多呈规则形状。

对于这些不合格零件，更换起来费时费钱。一般来说，修复零件的成本仅为更新零件的20%，而且时间也相对较少，因此修复技术具有巨大的经济效益。零件的修复包括几何性能（几何形状、尺寸精度）和力学性能（强度、韧性）的恢复。由于受到热加工技术发展水平的局限，修复技术的发展相对较慢。传统的工艺修复方法主要包括电镀、热喷涂（火焰、等离子或***喷涂）、钎焊、钨极惰性气体保护焊（TIG焊）等，这些常规修复工艺在工业生产上获得了广泛的应用。但同时各种方法自身也存在着一定局限性。例如，电镀法中电镀层厚度很薄（≤0.3mm），与基体结合差；热喷涂表面粗糙，涂层孔隙率高，涂层与基体之间形成机械结合，使用一段时间后涂层易剥落；TIG焊通常会造成很大的热影响区，零件修复后易产生较大的变形和应力，对于裂纹敏感性材料还容易使零件本体开裂。

近年来，以高能密度激光为热源的修复工艺有较快的发展。其主要包括激光添料焊接、等离子喷涂+激光重熔和同轴送粉激光熔敷。其中，基于同轴送粉激光熔敷技术最为有效。但是常规的激光熔敷技术本身只是一种表面强化和改性技术，只可用于修复一些没有成形要求的表面缺陷。另外由于工艺的局限，这些技术的修复精度不高，且难于修复悬臂等复杂结构，具有一定的应用局限。

因此有必要设计一种局部粉床选区熔化的金属零件修复装置以及修复方法，以克服上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种局部粉床选区熔化的金属零件修复装置以及修复方法，其可以实现复杂结构零件的高精度修复。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种局部粉床选区熔化的金属零件修复装置，包括局部铺粉装置和用于夹持待修复零件的电磁铁夹具，所述局部铺粉装置和所述电磁铁夹具均设置于一工作室内；所述局部铺粉装置通过横梁设置于导轨上，并可于所述电磁铁夹具上方移动，其包括粉缸、送粉槽、刮板以及控制***，所述送粉槽与所述粉缸连接，并固定于所述刮板的一侧，所述控制***用于控制所述送粉槽的送粉量；所述电磁铁夹具包括电磁工作台、电磁基板以及两个金属挡块，所述电磁基板位于所述电磁工作台的下方，两个所述金属挡块设置于所述电磁工作台上，待修复零件放置于所述电磁工作台上，并由两个所述金属挡块夹持住，所述电磁工作台的正上方设有激光器，用于对待修复零件的选区进行激光融化。

进一步地，所述工作室连接有抽真空***和保护气***。

进一步地，所述激光器与所述电磁工作台之间设有保护镜。

进一步地，所述刮板为陶瓷刮板。

本发明还提供一种局部粉床选区熔化的金属零件修复装置的修复方法，包括以下步骤：步骤一：用机加工的方法去除待修复零件受损部位，并加工出一个铺粉的平台；步骤二：建立需要重建部分的CAD模型，转换得到STL文件，输入至SLM设备中；步骤三：利用电磁铁夹具固定该待修复零件；步骤四：采用局部铺粉装置对待修复零件的待修复部位进行局部铺粉，并通过激光器进行选择性激光熔化，逐层叠加铺粉来修复零件；步骤五：取出修复好的零件，进行后处理。

进一步地，所述后处理为表面处理或热处理。

进一步地，所述步骤四中的操作在氩气环境下进行。

进一步地，所述电磁铁夹具由电磁开关控制。

本发明具有以下有益效果：

所述局部粉床选区熔化的金属零件修复装置及修复方法采用磁铁夹具固定待修复零件，并通过局部铺粉装置进行铺粉，采用激光器进行选择性激光熔化，从而完成零件的修复。通过上述装置和方法可以完成高精度修复复杂结构零件，同时保证修复的质量好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的局部粉床选区熔化的金属零件修复装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的局部铺粉装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的局部粉床选区熔化的金属零件修复装置另一视角的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3，本发明实施例提供一种局部粉床选区熔化的金属零件修复装置，包括局部铺粉装置和用于夹持待修复零件的电磁铁夹具，所述局部铺粉装置和所述电磁铁夹具均设置于一工作室内（已图示，未标号）。所述工作室连接有抽真空***9和保护气***10，所述保护气***10可用于提供氩气。

如图1至图3，所述局部铺粉装置通过横梁12设置于导轨11上，并可于所述电磁铁夹具上方移动，其包括粉缸2、送粉槽3、刮板1以及控制***，所述送粉槽3与所述粉缸2连接，并固定于所述刮板1的一侧，所述刮板1为陶瓷刮板1。所述控制***用于控制所述送粉槽3的送粉量。

如图1至图3，所述电磁铁夹具包括电磁工作台8、电磁基板以及两个金属挡块7，所述电磁基板位于所述电磁工作台8的下方，两个所述金属挡块7设置于所述电磁工作台8上，待修复零件6放置于所述电磁工作台8上，并由两个所述金属挡块7夹持住。所述金属挡块7的尺寸和结构是根据待修复零件6结构和尺寸来确定的。所述电磁工作台8的正上方设有激光器4，用于对待修复零件6的选区进行激光融化。其中，所述激光器4与所述电磁工作台8之间设有保护镜5。

如图1至图3，本发明实施例还提供一种局部粉床选区熔化的金属零件修复装置修复待修复零件的修复方法，包括以下步骤：

步骤一：用机加工的方法去除待修复零件6受损部位，并加工出一个铺粉的平台。由于SLM技术（Selective laser melting，选择性激光熔化）是一种基于粉床的叠层制造技术，所以在修复之前需要制造出一个平台，在这个平台上进行铺粉—激光熔化，还原零件的原始形貌。在制造平台时，不仅要考虑切削的方便，完全的去除有缺陷的部位；还要考虑零件夹持的方向，以保证铺粉的方便和叠层制造的可行性。

步骤二：建立需要重建部分的CAD模型，对CAD模型逐层切片，每一层切片均包含截面的几何信息，再转换得到STL文件（其中，SLT是指用三角网格来表现3D CAD模型），输入至SLM设备中，为SLM修复做准备。

步骤三：利用电磁铁夹具固定该待修复零件6，所述电磁铁夹具由电磁开关控制。调整好待修复零件6放置的位置和角度之后，用磁性挡块固定，需要保证电磁工作台8水平，铺粉路径上没有障碍，然后开启电磁阀，完成待修复零件6的装夹。调整电磁工作台8的高度，使待修复零件6的平面正好位于激光器4发出的激光束的焦平面上。

步骤四：采用局部铺粉装置对待修复零件6的待修复部位进行局部铺粉，并通过激光器4进行选择性激光熔化，逐层叠加铺粉来修复零件。所述步骤四中的操作在氩气环境下进行，具体为采用抽真空***9抽出工作室中的空气再通过所述保护气***10充入氩气。陶瓷刮板1的尺寸根据待修复零件6的尺寸和形状决定，送粉槽3与粉缸2相连，固定在陶瓷刮板1的右侧。铺粉时，送粉槽3和刮板1从左向右运动，当送粉槽3运动到铺粉平台左边缘时，送粉开关开启，粉末落在平台上，然后陶瓷刮板1将粉末铺开；当送粉槽3接近铺粉平台的右边缘时，停止送粉，多余的粉末被陶瓷刮板1刮落。其中，激光器4以一定激光功率和扫描速度对粉末进行扫描，熔化激光作用区的粉末，一层粉末扫描结束后，工作台下降一定高度，再进行第二次铺粉，然后重复上述步骤，直至待修复零件6的待修复区域61修复完成。

步骤五：关掉电磁开关，去除金属挡块7，取出修复好的零件进行后处理。其中，所述后处理为表面处理或热处理，具体为去除表面粘黏的金属粉末或根据零件的性能要求可以进行渗碳、高温回火、表面淬火等一系列热处理工艺。

本发明提供的局部粉床选区熔化的金属零件修复装置以及修复方法将选择性激光熔化技术应用于修复过程，利用局部铺粉装置的铺粉技术实现具有三维形状缺陷的金属零件修复，具有修复精度高，节省材料、生产周期短、修复部位性能优良等优点。与传统修复方法以及同轴送粉激光熔覆修复相比，具有以下优点：

1.基于局部粉床铺粉技术，可以修复具有三维形状缺陷的零件，修复精度高。

2.激光束能量可控性好，修复过程中可以严格控制热输入，零件热影响区小，修复后零件中的残余应力水平低，零件变形较小。

3.修复区域和零件本体界面处为致密冶金结合，不易出现修复体脱落、剥离等问题。

4.通常情况下修复区域材料的力学性能略优于零件本体。

修复区域形状和零件缺损形状接近，表面质量好，因此修复后仅需少量的处理即可交付使用。

5.整个修复过程可以由计算机控制进行，零件修复的可靠性高，重复性好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种局部粉床选区熔化的金属零件修复装置，其特征在于，包括局部铺粉装置和用于夹持待修复零件的电磁铁夹具，所述局部铺粉装置和所述电磁铁夹具均设置于一工作室内；

所述局部铺粉装置通过横梁设置于导轨上，并可于所述电磁铁夹具上方移动，其包括粉缸、送粉槽、刮板以及控制***，所述送粉槽与所述粉缸连接，并固定于所述刮板的一侧，所述控制***用于控制所述送粉槽的送粉量；

所述电磁铁夹具包括电磁工作台、电磁基板以及两个金属挡块，所述电磁基板位于所述电磁工作台的下方，两个所述金属挡块设置于所述电磁工作台上，待修复零件放置于所述电磁工作台上，并由两个所述金属挡块夹持住，所述电磁工作台的正上方设有激光器，用于对待修复零件的选区进行激光融化。

2.如权利要求1所述的局部粉床选区熔化的金属零件修复装置，其特征在于：所述工作室连接有抽真空***和保护气***。

3.如权利要求1所述的局部粉床选区熔化的金属零件修复装置，其特征在于：所述激光器与所述电磁工作台之间设有保护镜。

4.如权利要求1所述的局部粉床选区熔化的金属零件修复装置，其特征在于：所述刮板为陶瓷刮板。

5.一种如权利要求1至4任一项所述的局部粉床选区熔化的金属零件修复装置的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：用机加工的方法去除待修复零件受损部位，并加工出一个铺粉的平台；

步骤二：建立需要重建部分的CAD模型，转换得到STL文件，输入至SLM设备中；

步骤三：利用电磁铁夹具固定该待修复零件；

步骤四：采用局部铺粉装置对待修复零件的待修复部位进行局部铺粉，并通过激光器进行选择性激光熔化，逐层叠加铺粉来修复零件；

步骤五：取出修复好的零件，进行后处理。

6.如权利要求5所述的修复方法，其特征在于：所述后处理为表面处理或热处理。

7.如权利要求5所述的修复方法，其特征在于：所述步骤四中的操作在氩气环境下进行。

8.如权利要求5所述的修复方法，其特征在于：所述电磁铁夹具由电磁开关控制。