[发明专利]用于有三维成像焊接路径控制的自动高温合金激光熔覆的方法

权利要求书

1.一种用于通过焊接涡轮部件熔覆高温合金涡轮部件的方法，包括：

提供在控制系统的共同控制下的工作台、激光轮廓仪和激光焊接装置，所述控制系统用于提供所述工作台与所述轮廓仪或所述焊接装置之间的受控的相对运动；

将具有基底的涡轮部件联接到所述工作台；

通过在所述控制系统的控制下操作所述激光轮廓仪和工作台通过非接触式三维尺寸扫描来实时地扫描所述涡轮部件基底的表面，并获取部件尺寸数据；

利用所述控制系统实时地比较部件尺寸数据与用于部件的规范尺寸数据，并确定用于构建部件基底表面部分的焊接样式，以使所焊接的部件尺寸符合规范尺寸数据；以及

通过在所述控制系统的控制下遵照所确定的焊接样式操作所述激光焊接装置和工作台而实时地焊接部件基底表面；

其中使用所述扫描，所述焊接样式在实时反馈回路中动态地修改以使得焊接样式是动态地确定的并且响应于在涡轮部件的焊接过程中发生的瞬时变化而进行实时调整。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

随后用激光轮廓仪实时扫描所焊接的部件表面以获取焊后部件尺寸数据；以及

利用所述控制系统确定焊后数据是否符合规范尺寸数据。

3.根据权利要求2所述方法，还包括利用所述控制系统在反馈回路中更改所述焊接样式以使焊后尺寸数据符合规范尺寸数据。

4.根据权利要求1所述的方法，焊接步骤还包括：

将填料引入到所述部件基底表面上；

将焊接激光束聚焦在所述填料和基底上；

将光能从所述焊接激光传输到所述填料和基底，所述光能将所述填料作为填料层熔合到基底，而不会对所述基底造成热退化；以及

使所述基底和焊接激光束相对彼此移动，同时维持均匀的能量传输；

其中，所提供的激光焊接装置具有：

焊接激光器，产生焊接激光束，用于将光能传输到涡轮部件基底和基底上的填料，所述光能将所述填料作为填料层熔合到所述基底，而不会对所述基底造成热退化；

至少一个可移动反射镜，拦截所述焊接激光束，用于将所述激光束定向在所述基底上；以及

至少一个驱动系统，联接到相应控制系统、至少一个可移动反射镜和焊接激光器中的每个，用于引起所述焊接激光束与基底之间的相对运动。

5.根据权利要求4所述的方法，维持均匀的能量传输的步骤包括下列中的任何一项：

基于部件表面形貌改变光能传输；

改变所述基底与焊接激光束的相对运动速率；

改变焊接激光功率输出；

使所述焊接激光束与基底相对彼此光栅化扫描；

使所述基底与焊接激光束沿着所述焊接样式路径相对彼此平移和摆动；

调制所述焊接激光功率输出；

改变填料组分、引入速率或扩散样式；或者

利用控制系统监控闭合反馈回路中的能量传输，并基于所监控的能量传输改变能量传输速率。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括：

提供光纤管，所述光纤管具有第一和第二分离光路，其中，在所述光纤管的输入端，所述第一分离光路光学地联接到所述激光轮廓仪的第一激光器，并且所述第二分离光路光学地联接到所述激光焊接装置的第二激光器；

提供可变焦距透镜，用于聚焦由所述第一和第二激光器产生的激光束，其中，所述可变焦距透镜光学地联接到所述光纤管的输出端；以及

在执行扫描操作时激励所述第一激光器，并且在执行焊接操作时激励所述第二激光器，其中，所述可变焦距透镜聚焦由激励的激光器产生的激光束。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：

为所述激光轮廓仪和激光焊接装置提供共同的激光源；以及

通过改变激光功率输出、频率或输出调制中的一个或多个而在不同模式下操作用于轮廓仪和焊接装置的激光源。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括通过以下步骤提高轮廓仪的扫描灵敏度：

选择位于在激光焊接过程中产生的反射频率的频率范围之外的轮廓仪激光频率；

从激光轮廓仪扫描传感器过滤在激光焊接过程中产生的反射频率的频率范围。