CN114850510A - 一种预防金属部件增材修复热变形方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预防金属部件增材修复热变形装置，包括台体，所述台体上表面中心处垂直开设有加工槽；所述台体上表面设有加工组件，所述加工组件包括YAG激光器，所述台体上表面固定安装有两根电动伸缩杆，两根所述电动伸缩杆的顶端固定安装有安装板，所述YAG激光器固定安装在安装板的下表面；所述台体内设有约束组件，所述约束组件包括两个分别开设在台体左右侧壁的集水槽和两根分别固定安装在加工槽左右槽壁处的射流管。在增材制造修复前，首先采用激光冲击强化技术对金属部件进行预冲击，通过在基体中预置较高数值的残余压应力抵消修复过程中的由热输入引入的残余拉应力，即可实现抑制变形的目的。
Description
技术领域
本发明涉及金属修复热变形技术领域，尤其涉及一种预防金属部件增材修复热变形方法和装置。
背景技术
金属增材制造技术打破了传统制造技术的限制，实现了金属部件自由制造和按需制造，大大降低了一些具有复杂结构零部件的生产成本和加工周期，目前已广泛应用于损伤部件修复、复杂形状部件一体化制造等领域，具有显著的技术优势。
但是，损伤金属部件在采用增材制造技术进行修复时，由于修复过程中热输入量较大，修复区会引入较大的残余拉应力，导致修复后部件出现热变形问题，修复后的成品难以满足装配要求，限制了该技术的推广应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中以下缺点，损伤金属部件在采用增材制造技术进行修复时，由于修复过程中热输入量较大，修复区会引入较大的残余拉应力，导致修复后部件出现热变形问题，修复后的成品难以满足装配要求，而提出的一种预防金属部件增材修复热变形装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种预防金属部件增材修复热变形装置，包括台体，所述台体上表面中心处垂直开设有加工槽，所述加工槽内放置有待加工的金属部件；
所述台体上表面设有加工组件，所述加工组件包括YAG激光器，所述台体上表面固定安装有两根电动伸缩杆，两根所述电动伸缩杆的顶端固定安装有安装板，所述YAG激光器固定安装在安装板的下表面，所述YAG激光器表面的镜头与加工槽的位置对应；
所述台体内设有约束组件，所述约束组件包括两个分别开设在台体左右侧壁的集水槽和两根分别固定安装在加工槽左右槽壁处的射流管，两根所述射流管分别与两个集水槽相连通，所述集水槽槽口处转动安装有槽盖，所述射流管内设有电控阀门。
优选的，所述金属部件的表面涂覆有吸收保护层，所述吸收保护层的材质为铝箔或黑胶带。
本发明中，适用于所述装置的使用方法包括如下步骤：
S1：首先在待处理加工的金属部件的表面涂覆吸收保护层；
S2：然后将涂覆有吸收保护层的金属部件投入加工槽内，并控制射流管内的电控阀门打开，使位于集水槽内水从射流管内流入加工槽内，直到水平面完全没过金属部件即可关闭电控阀门；
S3：通过电动伸缩杆带着安装板和YAG激光器下移，移动至合适的位置后，启动YAG激光器对金属部件进行预冲击；
S4：取出加工好的金属部件并进行清理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、在增材制造修复前，首先采用激光冲击强化技术对金属部件进行预冲击，在金属
中预置较高数值的残余压应力，之后进行增材制造修复，通过预置的残余压应力抵消修复过程中的由热输入引入的残余拉应力，实现抑制变形的目的；
2、激光冲击强化技术与其他表面处理技术相比，其鲜明的特点是利用激光诱导等离子体冲击波的“力”效应，产生的冲击波压力高，可以达到GPa量级，远超传统表面制造技术，属于极端制造，因此映入的残余压应力更深、数值更高，抑制增材修复变形的效果更好。
3、抑制变形的冲击激光和增材制造热的源激光可以集成到同一个***上，通过双束激光协调控制实现损伤部件修复-变形调控一体化制造，减少加工工学和降低工艺复杂度。
附图说明
图1为本发明提出的一种预防金属部件增材修复热变形装置的正面立体部分截面结构示意图；
图2为本发明提出的一种预防金属部件增材修复热变形装置的使用步骤流程图。
图中：1台体、2加工槽、3YAG激光器、4电动伸缩杆、5槽盖、6射流管、7金属部件、8吸收保护层、9安装板。
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。
参照图1-2，一种预防金属部件增材修复热变形装置，包括台体1，台体1上表面中心处垂直开设有加工槽2，加工槽2内放置有待加工的金属部件7，金属部件7的表面涂覆有吸收保护层8，吸收保护层8的材质为铝箔或黑胶带；
台体1上表面设有加工组件，加工组件包括YAG激光器3，台体1上表面固定安装有两根电动伸缩杆4，两根电动伸缩杆4的顶端固定安装有安装板9，YAG激光器3固定安装在安装板9的下表面，YAG激光器3表面的镜头与加工槽2的位置对应；
台体1内设有约束组件，约束组件包括两个分别开设在台体1左右侧壁的集水槽和两根分别固定安装在加工槽2左右槽壁处的射流管6，两根射流管6分别与两个集水槽相连通，集水槽槽口处转动安装有槽盖5，射流管6内设有电控阀门；
水是一种良好的水约束层材料，激光冲击强化技术利用激光在水中具有良好的穿透性，当激光脉冲作用到材料表面时，产生高压高应力速率的等离子冲击波，并利用水的表面张力约束冲击波的作用方向，从而有效增大冲击波对材料表面的作用时间和作用力；
将涂覆有吸收保护层8的金属部件7放置在加工槽2内，然后控制射流管6内的电控阀门打开，使位于集水槽内水从射流管6内流入加工槽2内，直到水平面完全没过金属部件7即可关闭电控阀门，水在此时会形成一道约束层，通过电动伸缩杆4带着安装板9和YAG激光器3下移，移动至合适的位置后，启动YAG激光器3对金属部件7进行预冲击，高功率、短脉冲激光会从YAG激光器3的镜头处透过并辐照在金属部件7的表面，涂覆在金属部件7表面的吸收保护层8快速吸收激光能量发生***性气化，瞬间产生等离子体，在水约束层影响下，等离子体气流产生的反冲作用形成GPa量级的高压冲击波，并向材料内部传播，当冲击波压力大于材料动态屈服强度时，材料发生超高应变率塑性变形。
本发明中，适用于装置的使用方法包括如下步骤：
S1：首先在待处理加工的金属部件7的表面涂覆吸收保护层8；
S2：然后将涂覆有吸收保护层8的金属部件7投入加工槽2内，并控制射流管6内的电控阀门打开，使位于集水槽内水从射流管6内流入加工槽2内，直到水平面完全没过金属部件7即可关闭电控阀门；
S3：通过电动伸缩杆4带着安装板9和YAG激光器3下移，移动至合适的位置后，启动YAG激光器3对金属部件7进行预冲击；
S4：取出加工好的金属部件7并进行清理。
本发明中，从YAG激光器3镜头处透过的高功率、短脉冲激光会辐照在金属部件7的表面，涂覆在金属部件7表面的吸收保护层8快速吸收激光能量发生***性气化，瞬间产生等离子体，在水约束层影响下，等离子体气流产生的反冲作用形成GPa量级的高压冲击波，并向材料内部传播，当冲击波压力大于材料动态屈服强度时，材料发生超高应变率塑性变形，利用激光诱导等离子体冲击波的“力”效应，在金属部件7表层形成残余压应力和微观组织的梯度结构，提高材料抗疲劳、抗磨损以及抗应力腐蚀等性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种预防金属部件增材修复热变形装置，包括台体(1)，其特征在于，所述台体(1)上表面中心处垂直开设有加工槽(2)，所述加工槽(2)内放置有待加工的金属部件(7)；
所述台体(1)上表面设有加工组件，所述加工组件包括YAG激光器(3)，所述台体(1)上表面固定安装有两根电动伸缩杆(4)，两根所述电动伸缩杆(4)的顶端固定安装有安装板(9)，所述YAG激光器(3)固定安装在安装板(9)的下表面，所述YAG激光器(3)表面的镜头与加工槽(2)的位置对应；
所述台体(1)内设有约束组件，所述约束组件包括两个分别开设在台体(1)左右侧壁的集水槽和两根分别固定安装在加工槽(2)左右槽壁处的射流管(6)，两根所述射流管(6)分别与两个集水槽相连通，所述集水槽槽口处转动安装有槽盖(5)，所述射流管(6)内设有电控阀门。
2.根据权利要求1所述的一种预防金属部件增材修复热变形装置，其特征在于，所述金属部件(7)的表面涂覆有吸收保护层(8)，所述吸收保护层(8)的材质为铝箔或黑胶带。
3.一种预防金属部件增材修复热变形装置的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括如下步骤：
S1：首先在待处理加工的金属部件(7)的表面涂覆吸收保护层(8)；
S2：然后将涂覆有吸收保护层(8)的金属部件(7)投入加工槽(2)内，并控制射流管(6)内的电控阀门打开，使位于集水槽内水从射流管(6)内流入加工槽(2)内，直到水平面完全没过金属部件(7)即可关闭电控阀门；
S3：通过电动伸缩杆(4)带着安装板(9)和YAG激光器(3)下移，移动至合适的位置后，启动YAG激光器(3)对金属部件(7)进行预冲击；
S4：取出加工好的金属部件(7)并进行清理。
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