[发明专利]一种金属损伤件激光热力组合再制造方法

权利要求书

1.一种金属损伤件激光热力组合再制造方法，其特征在于：利用激光冲击强化与激光熔覆技术相结合，针对损伤沟槽深度达到1 mm以上的金属损伤件，将损伤沟槽按照激光冲击强化对熔覆层的影响深度分为多个层次，先采用无吸收层激光冲击强化直接处理沟槽底部表面，去除表面杂质，同时细化表层晶粒，后采用激光熔覆形成给定厚度的的熔覆层；接下来每一层都采用先无吸收层激光冲击强化然后激光熔覆的组合工艺，直到熔覆层完全填满损伤沟槽并高出金属件表面，接着采用机械加工的方法切削高出试样表面的熔覆层，并用砂纸打磨，对激光熔覆层上表面进行大面积搭接的激光冲击强化。

2.如权利要求1所述的一种金属损伤件激光热力组合再制造方法，其特征在于具体步骤如下：

(1) 选取激光冲击强化工艺参数，包括激光脉冲能量、脉宽、光斑直径、横向搭接率和纵向搭接率，对熔覆层进行激光冲击强化试验，获得激光冲击强化的影响深度a，据此设置单个激光熔覆层的厚度b，根据损伤件沟槽深度h及b确定熔覆层数N；

(2) 采用无吸收层激光冲击强化对基材沟槽的表面进行预处理，即表面不涂覆吸收层，使用流水作为透明约束层，用以去除基材沟槽表面的杂质，细化表层晶粒并使其结构更为紧密；

(3) 进行第一层激光熔覆，在预处理过的沟槽表面预置一层厚度为b的熔覆粉末，使用光纤激光器对其进行激光熔覆，视为熔覆层1；

(4) 待熔覆层1凝固成型后，在熔覆层1上表面进行无吸收层激光冲击强化，用以去除熔覆层1表面的杂质，细化表层晶粒并使其结构更为紧密，从而促使熔覆层2与熔覆层1的结合效果更好；在无吸收层激光冲击强化过的熔覆层1表面再预置一层厚度为b的熔覆粉末，同样使用光纤激光器对其进行激光熔覆，视为熔覆层2；该过程中激光冲击强化及激光熔覆的参数分别与步骤(2)和(3)相同；

(5) 如此依次重复操作，直到激光熔覆层完全填满沟槽并高出金属件表面，完成第N次激光熔覆，最后采用机械加工的方法切削高出试样表面的熔覆层，并用砂纸打磨；重复操作过程中，每一层都是采用先无吸收层激光冲击强化然后激光熔覆的组合工艺，最后一层即第N层熔覆完成后直接切割打磨，激光冲击强化及激光熔覆的参数分别与步骤(2)和(3)相同；

(6) 在打磨后的熔覆层覆盖铝箔作为吸收层，在吸收层上方覆盖1-2 mm流水作为约束层，对熔覆层表面进行大面积搭接的激光冲击强化，完成目标损伤件修复；该过程中的有吸收层激光冲击强化工艺参数与步骤(2)中无吸收层激光冲击强化参数一致。

3.如权利要求2所述的一种金属损伤件激光热力组合再制造方法，其特征在于：步骤(1)中，激光冲击强化可有效提高熔覆层的力学性能，其影响深度即为力学性能提高的深度，因此所述的激光冲击熔覆层的影响深度a可通过测量深度方向上的硬度强化深度方式获得。

4.如权利要求2所述的一种金属损伤件激光热力组合再制造方法，其特征在于：步骤(1)中，单个熔覆层的厚度b设定为2a/3，取值范围为 0.3- 0.8 mm， a为熔覆层激光冲击强化影响深度。

5.如权利要求2所述的一种金属损伤件激光热力组合再制造方法，其特征在于：步骤(1)中，熔覆层数N根据公式确定，N取整数；b为单个熔覆层的厚度，h为损伤件沟槽深度。

6.如权利要求2所述的一种金属损伤件激光热力组合再制造方法，其特征在于：无吸收层和有吸收层激光冲击强化的工艺参数范围同样为：激光脉冲能量3-12 J，脉宽5-20 ns，光斑直径1-3 mm，横向搭接率和纵向搭接率均为30%-50%。

7.如权利要求2所述的一种金属损伤件激光热力组合再制造方法，其特征在于：激光熔覆工艺参数范围如下：激光功率400-1800 W、扫描速度4-9 mm/s、光斑直径1-3 mm、搭接率30-50%、保护气Ar 3-5 L/min。

8.如权利要求2所述的一种金属损伤件激光热力组合再制造方法，其特征在于：步骤(5)中，用砂纸打磨使其粗糙度小于或等于 Ra 0.4μm。