CN109531041A - 一种复杂结构金属零件的双激光束复合增材修复方法 - Google Patents

一种复杂结构金属零件的双激光束复合增材修复方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109531041A
CN109531041A CN201811245506.3A CN201811245506A CN109531041A CN 109531041 A CN109531041 A CN 109531041A CN 201811245506 A CN201811245506 A CN 201811245506A CN 109531041 A CN109531041 A CN 109531041A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
laser beam
metal parts
deposition
technological parameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811245506.3A
Other languages
English (en)
Inventor
吴瑞煜
周泽铭
林超辉
黄峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yangzhou Radium Laser Technology Co Ltd
Original Assignee
Yangzhou Radium Laser Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yangzhou Radium Laser Technology Co Ltd filed Critical Yangzhou Radium Laser Technology Co Ltd
Priority to CN201811245506.3A priority Critical patent/CN109531041A/zh
Publication of CN109531041A publication Critical patent/CN109531041A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P6/00—Restoring or reconditioning objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明公开了一种复杂结构金属零件的双激光束复合增材修复方法，属于金属零件修复工艺领域，包括以下步骤：建立送粉工艺参数与喷头处粉束汇聚长度的关系；进行熔敷搭接实验，获取单道熔敷层参数；获得不同入射角度下，熔敷区零件性能参数与短脉冲激光工艺参数的关系；生成待修复零件的模型，获取零件的设计模型；根据两个模型，生成激光扫描路径，确定激光束在每层的最大倾角；选择送粉工艺参数；选择连续激光熔敷工艺参数；在熔敷层等强度冲击锻打，选择激光冲击锻打工艺参数；控制激光熔敷喷头和短脉冲激光束对待修复金属零件进行修复。本发明在修复过程中，保持在熔敷层等强度的冲击锻打，使修复后零件强度均匀，提升修复效果。

Description

一种复杂结构金属零件的双激光束复合增材修复方法
技术领域
本发明涉及金属零件修复技术，特别是涉及一种复杂结构金属零件的双激光束复合增材修复方法。
背景技术
激光熔敷和激光锻打结合的复合修复工艺，是利用第一束连续激光对金属粉末进行熔敷，形成修复层，同时利用第二束短脉冲激光作用在锻造温度范围内的熔敷金属表面，金属表层吸收激光束能量气化电离形成冲击波，对处于锻造温度范围内的熔敷层进行锻打的工艺，能大大减少熔敷工艺的缺陷，提高零件的性能。
复杂结构的金属零件，如涡轮盘由于榫槽结构复杂，榫齿等部位相互干涉，存在齿根等无法实现激光束垂直入射的冲击锻打区域，对具有明显应力集中效应齿根区域的修复过程中，由于冲击角度不一致，容易出现修复后零件性能不均匀的问题。
因此，如何实现类似涡轮盘榫槽等复杂结构的复合增材修复是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种复杂结构金属零件的双激光束复合增材修复方法，零件修复后性能均匀。
本发明所采用的技术方案是：
一种复杂结构金属零件的双激光束复合增材修复方法，包括以下步骤：
S1：在连续激光熔敷喷头呈不同倾斜角度下，建立送粉工艺参数与喷头处粉束汇聚长度的关系；
S2：在熔敷基面不同倾斜角度，连续激光不同入射角度下，进行熔敷搭接实验，获取单道熔敷层参数；
S3：在短脉冲激光不同入射角度下，进行对熔敷区的冲击锻打实验，获得不同入射角度下，熔敷区零件性能参数与短脉冲激光工艺参数的关系；
S4：对待修复区域进行预处理，生成待修复零件的模型，获取零件的设计模型；
S5：根据S4的两个模型，生成激光扫描路径，判断与零件不发生干涉的激光入射角度范围，在同一层熔敷和锻打过程中，确定激光束在每层的最大倾角；根据步骤S1建立的关系，选择送粉工艺参数；根据步骤S2建立的关系，选择连续激光熔敷工艺参数；根据S3的实验，在熔敷层等强度冲击锻打，选择激光冲击锻打工艺参数；
S6：控制激光熔敷喷头和短脉冲激光束对待修复金属零件进行修复。
作为本发明的进一步改进，步骤S5中，生成激光路径通过高级编程、离线编程或者在线编程的其中一种方式实现。
作为本发明的进一步改进，步骤S5中，在同一层熔敷和锻打过程保持相同入射角的前提下，选择最小的入射角，确定激光束在每层的最大倾角。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中，送粉工艺参数包括：激光熔敷喷头与被修复面之间的距离、准直气速度、送粉速率。
作为本发明的进一步改进，步骤S3中，短脉冲激光工艺参数包括激光能量、光斑尺寸、脉冲宽度、冲击次数和搭接率。
作为本发明的进一步改进，步骤S4中，通过逆向反求的方式建立设计模型。
作为本发明的进一步改进，步骤S4中的预处理包括熔敷基面表面清理和去除疲劳层。
本发明的有益效果是：本发明在修复过程中，保持在熔敷层等强度的冲击锻打，使修复后零件强度均匀，提升修复效果。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
图1是需要修复处理的涡轮盘榫槽齿根区域示意图；
图2是需修复后的涡轮盘榫槽齿根区域示意图。
具体实施方式
实施例中复杂结构金属零件的双激光束复合增材修复方法，用于修复涡轮盘榫槽齿根区域，包括以下步骤。
步骤S1：在连续激光熔敷喷头呈不同倾斜角度下，建立送粉工艺参数与喷头处粉束汇聚长度的关系。
激光熔敷喷头为粉束和光束一体同轴，喷头处粉束汇聚长度为粉束扩散至光斑直径所需的距离。其中，送粉工艺参数包括：激光熔敷喷头与被修复面之间的距离、准直气速度、送粉速率。
步骤S2：在熔敷基面不同倾斜角度，连续激光不同入射角度下，进行熔敷搭接实验，获取单道熔敷层参数，优化搭接率。
其中，单道熔敷层参数包括熔敷层的宽度和高度以及熔池偏移量，从而优化搭接率
步骤S3：在短脉冲激光不同入射角度下，进行对熔敷区的冲击锻打实验，获得不同入射角度下，熔敷区零件性能参数与短脉冲激光工艺参数的关系。熔覆区零件性能参数由待修复零件性能要求决定，实施例是的参数包括榫齿的残余应力以及硬度。短脉冲激光工艺参数包括激光能量、光斑尺寸、脉冲宽度、冲击次数和搭接率等。
步骤S4：对待修复区域进行预处理，该预处理包括熔敷基面表面清理和去除疲劳层。之后生成待修复零件的模型，如图1所示；获取零件的设计模型，如图2所示，零件的设计模型也可以通过逆向反求的方式建立
步骤S5：根据S4的两个模型，生成激光扫描路径，判断与零件不发生干涉的激光入射角度范围。在同一层熔敷和锻打过程中，保持相同入射角的前提下，选择最小的入射角，结合零件夹持姿态，确定激光束在每层的最大倾角。同层熔敷锻打时选择最小入射角，能节省能量，更加经济。
之后根据步骤S1建立的关系，优选最小粉束汇聚长度，选择送粉工艺参数；根据步骤S2建立的关系，选择连续激光熔敷工艺参数；根据S3的实验，在熔敷层等强度冲击锻打，且达到零件所需性能要求的原则下，选择激光冲击锻打工艺参数。对熔敷层等强度冲击锻打，可以使得修复后零件强度均匀。
S5中，生成激光路径通过高级编程、离线编程或者在线编程的其中一种方式实现。
步骤S6：控制激光熔敷喷头和短脉冲激光束对待修复金属零件进行修复。修复前需对零件进行预热。在同一层修复过程中，激光入射角一致且入射角度最小，同时保持激光束焦点与修复层距离固定，逐层修复直到修复完成。
上述实施例的修复方法，可实现涡轮盘榫槽等复杂金属零件的熔敷成形和变角度冲击锻打复合增材修复，能够在激光熔敷修复过程中保持激光冲击锻打强度一致性，提高零件性能
以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制。

Claims (7)

1.一种复杂结构金属零件的双激光束复合增材修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在连续激光熔敷喷头呈不同倾斜角度下，建立送粉工艺参数与喷头处粉束汇聚长度的关系；
S2：在熔敷基面不同倾斜角度，连续激光不同入射角度下，进行熔敷搭接实验，获取单道熔敷层参数；
S3：在短脉冲激光不同入射角度下，进行对熔敷区的冲击锻打实验，获得不同入射角度下，熔敷区零件性能参数与短脉冲激光工艺参数的关系；
S4：对待修复区域进行预处理，生成待修复零件的模型，获取零件的设计模型；
S5：根据S4的两个模型，生成激光扫描路径，判断与零件不发生干涉的激光入射角度范围，在同一层熔敷和锻打过程中，确定激光束在每层的最大倾角；根据步骤S1建立的关系，选择送粉工艺参数；根据步骤S2建立的关系，选择连续激光熔敷工艺参数；根据S3的实验，在熔敷层等强度冲击锻打，选择激光冲击锻打工艺参数；
S6：控制激光熔敷喷头和短脉冲激光束对待修复金属零件进行修复。
2.根据权利要求1所述的复杂结构金属零件的双激光束复合增材修复方法，其特征在于：步骤S5中，生成激光路径通过高级编程、离线编程或者在线编程的其中一种方式实现。
3.根据权利要求1或2所述的复杂结构金属零件的双激光束复合增材修复方法，其特征在于：步骤S5中，在同一层熔敷和锻打过程保持相同入射角的前提下，选择最小的入射角，确定激光束在每层的最大倾角。
4.根据权利要求1所述的复杂结构金属零件的双激光束复合增材修复方法，其特征在于：步骤S1中，送粉工艺参数包括：激光熔敷喷头与被修复面之间的距离、准直气速度、送粉速率。
5.根据权利要求1所述的复杂结构金属零件的双激光束复合增材修复方法，其特征在于：步骤S3中，短脉冲激光工艺参数包括激光能量、光斑尺寸、脉冲宽度、冲击次数和搭接率。
6.根据权利要求1所述的复杂结构金属零件的双激光束复合增材修复方法，其特征在于：步骤S4中，通过逆向反求的方式建立设计模型。
7.根据权利要求1或5或6所述的复杂结构金属零件的双激光束复合增材修复方法，其特征在于：步骤S4中的预处理包括熔敷基面表面清理和去除疲劳层。
CN201811245506.3A 2018-10-24 2018-10-24 一种复杂结构金属零件的双激光束复合增材修复方法 Pending CN109531041A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811245506.3A CN109531041A (zh) 2018-10-24 2018-10-24 一种复杂结构金属零件的双激光束复合增材修复方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811245506.3A CN109531041A (zh) 2018-10-24 2018-10-24 一种复杂结构金属零件的双激光束复合增材修复方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109531041A true CN109531041A (zh) 2019-03-29

Family

ID=65844840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811245506.3A Pending CN109531041A (zh) 2018-10-24 2018-10-24 一种复杂结构金属零件的双激光束复合增材修复方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109531041A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111702336A (zh) * 2020-06-19 2020-09-25 北京航星机器制造有限公司 一种激光冲击辅助电弧增材制造方法
CN111945153A (zh) * 2020-08-05 2020-11-17 中国人民解放军陆军装甲兵学院 一种金属表面多源激光多通道一体化修复方法
CN112809311A (zh) * 2021-02-03 2021-05-18 华中科技大学 锻件级零部件的修复与再制造方法、零部件、终端、介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0993898A1 (en) * 1998-10-14 2000-04-19 General Electric Company Laser shock peened gas turbine engine seal teeth
CN104651832A (zh) * 2015-03-13 2015-05-27 苏州大学 用于大型金属零件的表面修复工艺
CN105349994A (zh) * 2015-12-11 2016-02-24 苏州大学 用于零件内腔表面修复的激光熔覆工艺
CN107475709A (zh) * 2017-06-05 2017-12-15 广东工业大学 双激光束熔敷成形冲击锻打复合增材制造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0993898A1 (en) * 1998-10-14 2000-04-19 General Electric Company Laser shock peened gas turbine engine seal teeth
CN104651832A (zh) * 2015-03-13 2015-05-27 苏州大学 用于大型金属零件的表面修复工艺
CN105349994A (zh) * 2015-12-11 2016-02-24 苏州大学 用于零件内腔表面修复的激光熔覆工艺
CN107475709A (zh) * 2017-06-05 2017-12-15 广东工业大学 双激光束熔敷成形冲击锻打复合增材制造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111702336A (zh) * 2020-06-19 2020-09-25 北京航星机器制造有限公司 一种激光冲击辅助电弧增材制造方法
CN111945153A (zh) * 2020-08-05 2020-11-17 中国人民解放军陆军装甲兵学院 一种金属表面多源激光多通道一体化修复方法
CN112809311A (zh) * 2021-02-03 2021-05-18 华中科技大学 锻件级零部件的修复与再制造方法、零部件、终端、介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109531041A (zh) 一种复杂结构金属零件的双激光束复合增材修复方法
JP5897248B2 (ja) 燃焼キャップエフュージョンプレートのレーザ溶接補修
CN101992350B (zh) 第一和第二填充金属的双激光束焊接的***及方法
US6200689B1 (en) Laser shock peened gas turbine engine seal teeth
US6269540B1 (en) Process for manufacturing or repairing turbine engine or compressor components
RU2397329C2 (ru) Способ восстановления выполненного в виде единой детали облопаченного диска, а также тестовый образец (варианты)
JP2005023930A (ja) 翼形部認定システム及びその方法
EP1905852B1 (en) Varying fluence as a function of thickness during laser shock peening
EP1738858A1 (en) Shimmed laser beam butt welding process without using a backing for joining superalloys for gas turbine applications
CN104651832A (zh) 用于大型金属零件的表面修复工艺
CN105408056A (zh) 利用部件支撑的填料对基底的修复
CN105397337B (zh) 一种利用吸波涂层对钛合金焊缝进行激光修饰焊的方法
CN109117553B (zh) 一种适用于等强度激光冲击的光束能量分布判定方法
Tabernero et al. Optimal parameters for 5-axis laser cladding
CN107931844A (zh) 一种叶轮掉块去应力激光冲击锻打再制造方法和装置
CN111575476A (zh) 一种叶片边缘激光冲击强化的方法
CN109554703A (zh) 用于形成制品的方法、用于形成涡轮叶片的方法和涡轮叶片
CN110899974B (zh) 一种中厚板装甲钢激光摆动焊接方法
US20220402039A1 (en) Method of applying a plurality of energy beams in additive manufacturing
US4263496A (en) Method of welding by electron beam
CN109865942A (zh) 一种激光焊接方法及***
RU2498888C2 (ru) Способ исправления металлических деталей
US8853594B2 (en) Welding method and apparatus therefor
CN207109087U (zh) 基于激光熔覆的注塑模具修复***
CN102962578A (zh) 电子束扫描焊接偏心环缝的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190329