[发明专利]用于零件内腔表面修复的激光熔覆工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种熔覆工艺，特别是涉及一种用于零件内腔表面修复的激光熔覆工艺。

背景技术

激光熔覆技术由于具有冷却速度快、变形小、熔覆层性能优异等特点而得到广泛应用，例如，利用激光熔覆技术对零件的表面进行修复再制造和进行表面改性。

现有的激光熔覆技术主要是针对零件的外表面进行熔覆修复，如中国专利CN102732831A，“汽车模具的激光修复工艺”，利用激光熔覆技术对模具边角、上平面进行熔覆修复，表面达到使用要求，但是采用预置粉末形式，并不适用于内腔表面的修复。

中国专利CN103255412A，“一种用于轧辊工作面的激光熔覆高硬度材料的工艺方法”，应用激光熔覆技术在柱形轧辊表面涂覆高硬度合金层，熔覆过程中光头姿态不变，主要依靠轧辊回转进行表面修复，不适用于需要变角度的内腔修复。

传统的激光熔覆送粉喷头是基于光外送粉原理，粉束离焦下汇聚性差，喷头尺寸较大，光外送粉喷头在零件外表面并且该外表面为接近水平面时，可获得良好的熔覆层，但在内腔表面特别是需要变角度、非水平面的内表面修复方面存在很大的局限性。

如靳晓曙、杨洗陈等(激光三维直接制造和再制造新型同轴送粉喷头的研究[J]，应用激光，2008,28(4))分析了影响同轴送粉喷头粉末流形貌和粉末流参数的因素，开发了新型的光外同轴送粉，提高了性能，但并不适用于内腔的修复。

因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于零件内腔表面，特别是具有变角度的内腔表面修复的激光熔覆工艺，以克服现有技术中存在的不足。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种用于零件内腔表面修复的激光熔覆工艺，其包括如下步骤：

S1.建立激光内送粉喷头的粉束在不同倾斜角度下的准直长度与送粉工艺参数之间的关系式；

S2.在激光轴线与基面法线不同夹角下，进行单道和多道搭接实验，获得激光与基面不同夹角下，单道参数与搭接率；

S3.生成零件内腔表面的三维模型；

S4.根据生成的三维模型以及送粉喷头的尺寸，生成送粉喷头的运动轨迹；

S5.根据激光轴线与零件内腔的熔覆基面法线的夹角，确定激光在每一层的最大倾角，根据步骤S1中建立的准直长度与送粉工艺参数之间的关系式选择送粉时的工艺参数，并根据步骤S2中建立的单道参数与搭接率、以及步骤S4中的送粉喷头的运动轨迹选择熔覆时的工艺参数；

S6.根据步骤S5中的最大倾角、送粉工艺参数、熔覆工艺参数，控制送粉喷头按照所述运动轨迹进行表面熔覆修复。

作为本发明的用于零件内腔表面修复的激光熔覆工艺的改进，所述步骤S1中，所述送粉工艺参数包括：准直气速度、粉末载气速度、送粉速率。

作为本发明的用于零件内腔表面修复的激光熔覆工艺的改进，所述准直气速度为3m/s-5m/s，送粉速率为3g/min-30g/min。

作为本发明的用于零件内腔表面修复的激光熔覆工艺的改进，所述步骤S3中，生成零件内腔表面的三维模型时，通过获取零件的设计模型或逆向反求的方式建立相应三维模型。

作为本发明的用于零件内腔表面修复的激光熔覆工艺的改进，所述逆向反求采用三坐标测量、逐层扫描以及光学测量的方式进行。

作为本发明的用于零件内腔表面修复的激光熔覆工艺的改进，所述激光熔覆工艺中，在步骤S6之前还包括对所述零件的内腔进行预处理，所述预处理包括熔覆基面表面清理、疲劳层去除以及零件预热。

作为本发明的用于零件内腔表面修复的激光熔覆工艺的改进，所述步骤S5中，所述熔覆时的工艺参数包括激光功率、扫描速度、离焦量以及搭接率。

作为本发明的用于零件内腔表面修复的激光熔覆工艺的改进，所述步骤S6中，熔覆过程中，保持每层熔覆时，激光与熔覆基面法方向之间的夹角固定，并逐层进行表面熔覆修复，直至零件内腔表面修复完成。

作为本发明的用于零件内腔表面修复的激光熔覆工艺的改进，在进行同一层熔覆过程中，激光与熔覆基面法方向之间的夹角为熔覆基面对应的熔覆层与零件不产生干涉时的最大夹角。

作为本发明的用于零件内腔表面修复的激光熔覆工艺的改进，在进行同一层熔覆过程中，激光束焦点与熔覆基面之间的距离保持固定。