用于大型金屬零件的表面修復工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及激光熔覆技術領域，特別是涉及一種用于大型金屬零件的表面修復工
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【背景技術】
[0002]激光熔覆技術是指以不同的填料方式在被涂覆基體表面上放置選擇的涂層材料，經激光輻照使之和基體表面一薄層同時熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低并與基體材料成冶金結合的表面涂層，從而顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電器特性等的工藝方法。
[0003]激光熔覆技術由于具有冷卻速度快、變形小、熔覆層性能優異等優點而得到廣泛應用，例如，現有激光熔覆技術可對易于搬運和裝夾的小尺寸金屬零件進行水平面上的激光熔覆修復。該工藝中，主要依靠承載被修復零件的工作臺的移動，實現零件表面的修復加工。
[0004]但上述激光熔覆表面修復工藝中，對于具有復雜曲面形狀的大型零件及設備(如大型渦輪機葉片、乳機立柱、鋼包等)的表面修復則不適用。
[0005]因此，針對上述問題，有必要提出進一步的解決方案。
【發明內容】
[0006]有鑒于此，本發明提供一種用于大型金屬零件的表面修復工藝，以克服現有技術中存在的不足。
[0007]為實現上述發明目的，本發明的一種用于大型金屬零件的表面修復工藝，其特包括如下步驟:
[0008]S1.將激光熔覆噴頭在相應傾斜角度下各工藝參數與激光熔覆噴頭出口處粉束匯聚長度相關聯；
[0009]S2.建立待修復金屬零件的三維模型；
[0010]S3.根據步驟S2中的三維模型，生成激光熔覆噴頭掃描軌跡路徑；
[0011]S4.確定三維模型中的最大傾斜角度，根據步驟SI中建立的關聯關系，選擇激光熔覆噴頭的工藝參數、以及粉束匯聚長度，并控制激光熔覆噴頭按照步驟S3中生成的掃描軌跡路徑，對待修復的金屬零件的表面進行修復。
[0012]作為本發明的用于大型金屬零件的表面修復工藝的改進，所述工藝參數包括:激光熔覆噴頭出口與被修復表面之間的距離、準直氣速度、載氣速度、粉末粒徑、送粉速率、激光功率、掃描速度、多道熔覆搭接量。
[0013]作為本發明的用于大型金屬零件的表面修復工藝的改進，選擇粉束匯聚長度時，以粉束匯聚長度最小值作為實際加工時的距離。
[0014]作為本發明的用于大型金屬零件的表面修復工藝的改進，所述步驟S3中，生成激光熔覆噴頭掃描軌跡路徑時可采用如下方式中一種:高級編程、離線編程、在線編程。
[0015]作為本發明的用于大型金屬零件的表面修復工藝的改進，所述在線編程包括如下步驟:實時檢測待修復曲面輪廓，同時通過上位機實時計算被修復零件的曲面法向，并反饋至激光熔覆噴頭的運動控制器，生成運動代碼。
[0016]作為本發明的用于大型金屬零件的表面修復工藝的改進，激光熔覆噴頭對待修復的金屬零件的表面進行修復時，激光熔覆噴頭產生熔覆激光以及粉束，其中，熔覆激光外側具有保護氣簾，熔覆激光為中空激光，粉束位于中空激光內部，保護氣簾、熔覆激光、以及粉束同軸設置。
[0017]作為本發明的用于大型金屬零件的表面修復工藝的改進，激光熔覆噴頭對待修復的金屬零件的表面進行修復時，激光熔覆噴頭出口與被修復表面之間的距離保持恒定。
[0018]作為本發明的用于大型金屬零件的表面修復工藝的改進，激光熔覆噴頭對待修復的金屬零件的表面進行修復時，激光熔覆噴頭的軸線方向與被修復表面相垂直。
[0019]作為本發明的用于大型金屬零件的表面修復工藝的改進，激光熔覆噴頭對待修復的金屬零件的表面進行修復時，熔覆激光的功率密度保持恒定。
[0020]作為本發明的用于大型金屬零件的表面修復工藝的改進，激光熔覆噴頭按照掃描軌跡路徑進行掃描時，可采用單向掃描的方式或雙向掃描的方式。
[0021]與現有技術相比，本發明的有益效果是:本發明的用于大型金屬零件的表面修復工藝克服了噴頭空間傾斜送粉過程中粉束匯聚性差的問題，同時，修復過程中，激光熔覆噴頭可連續變姿態運動，從而始終保持激光熔覆噴頭軸線方向與被修復零件表面法向重合，實現了對于大型零件及設備的表面進行快速激光熔覆修復，減少修復前對工件進行搬運和裝夾的繁瑣工作量，節約資源和成本。
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1為本發明的用于大型金屬零件的表面修復工藝中，激光熔覆噴頭按照生成的掃描軌跡路徑進行修復運動時的示意圖，其中，虛線的激光熔覆噴頭代表其運行到不同的加工位置。
【具體實施方式】
[0024]為了使本技術領域的人員更好地理解本發明中的技術方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護的范圍。
[0025]本發明的表面修復工藝通過激光熔覆噴頭的連續變姿態運動可對具有復雜曲面的大型金屬零件的表面進行快速修復。該修復工藝包括如下步驟:
[0026]S1.將激光熔覆噴頭在相應傾斜角度下各工藝參數與激光熔覆噴頭出口處粉束匯聚長度相關聯。
[0027]其中，所述工藝參數包括:激光熔覆噴頭出口與被修復表面之間的距離(8_—15mm)、準直氣速度(3m/s一5m/ s)、載氣速度(2m/ s一3m/ s)、粉末粒徑(45 μπι?74μηι)、送粉速率(6g/min—12g/min)、激光功率(800w—1400w)、掃描速度(4mm/s—8mm/s)、多道恪覆搭接量(30% — 40% )等。
[0028]所述粉束自噴頭粉管的出口噴出，從而，激光熔覆噴頭出口處粉束匯聚長度是指粉束直徑擴大至加工光斑直徑時距離噴頭粉管的出口端面的長度。此外，在選擇粉束匯聚長度時，以粉束匯聚長度最小值作為實際加工時的距離，以確保粉束匯聚的穩定性。
[0029]S2.建立待修復金屬零件的三維模型。
[0030]其中，建立待修復金屬零件的三維模型可通過紅外輪廓掃描儀進行建模。
[0031]S3.根據步驟S2中的三維模型，生成激光熔覆噴頭掃描軌跡路徑；
[0032]其中，生成激光熔覆噴頭掃描軌跡路徑時可采用如下方式中一種:高級編程、離線編程、在線編程。
[0033]所述高級編程可采用帶有編程軟件的設備對模型加工路徑進行編程。
[0034]所述離線編程可在采用第三方編程軟件的條件下，導入三維模型，自動生成軌跡路徑，從而模擬激光熔覆噴頭的運行過程。離