[发明专利]一种超声喷丸辅助激光增材修复装置及其修复方法

权利要求书

1.一种超声喷丸辅助激光增材修复装置，其特征在于，包括用于放置待修复工件的工作台，受驱动在所述工作台上方移动的超声喷丸工具头、送粉器、激光熔覆工具头，其中所述超声喷丸工具头的驱动机器人由超声喷丸处理模块控制以规划超声喷丸工具头的运动轨迹，所述激光熔覆工具头的驱动机器人由激光器控制以规划激光熔覆工具头的运动轨迹，所述送粉器由铺粉器驱动以控制其运动轨迹，所述工作台上方还设有红外温度监控器，所述激光器、铺粉器、红外温度监控器、送粉器均与激光控制系统通讯连接，所述超声喷丸处理模块与协同控制系统通讯连接。

2.一种超声喷丸辅助激光增材的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据待修复工件，通过扫描确定受损伤部位、缺陷规格尺寸，对缺陷部位进行半椭球形挖补。

步骤2，清理干净所述待修复工件的表面。

步骤3，依据挖补区域规划形状和尺寸，对激光增材修复路径和熔覆层数进行规划，具体的:

建立所述待修复工件的模型，对缺陷部位进行半椭球形挖补，采用相互平行于XZ坐标平面并且相距均为δ的一组切平面，对挖补所得的半椭球型模型进行切割，从而得到一组相交的轨迹线即为相应的熔覆轨迹线，其中，

激光熔覆路径间距也即切平面间的间距δ由搭接率来控制，然后通过式(1)计算得到切片宽度，代入式(2)得到相应的搭接率_s；

式中(1)和(2)中，l为单道熔覆层宽度；h为单道熔覆层高度；

每个熔覆层Z轴的提升量ΔZ通过式(3)获得：

然后通过切片宽度δ和Z轴的提升量为ΔZ规划激光增材修复的轨迹；

同时根据熔覆层的层数以及每层的具体尺寸，规划送粉量和送粉速度以及激光增材修复的功率密度、激光脉冲宽度、修复速度、保护气体流量以及超声喷丸处理模块中超声喷丸工艺参数、确定不同修复位置时超声喷丸与激光增材修复的同步距离，为后续熔覆修复加工做准备；

步骤4，利用夹具把待修复工件固定在工作台上，根据步骤3得到的参数进行超声喷丸辅助的激光增材修复；

步骤5，利用红外温度监控系统监控每层熔覆层修复的深度和尺寸，不断调整激光增材修复和超声喷丸的工艺参数，重复步骤3-4过程，直至缺陷区域完全修复。

步骤6，利用机加工的方法去除待修复工件上多余的修复层，保证修复后的工件尺寸与原设计尺寸相同。

3.如权利要求2所述的超声喷丸辅助激光增材的修复方法，其特征在于，所述步骤1中，对半椭球形挖补形状尺寸进行规划，之后对缺陷区域采用机械法或激光切割方法根据规划形状尺寸进行挖除处理。

4.如权利要求2所述的超声喷丸辅助激光增材的修复方法，其特征在于，所述步骤3中，第一个单道焊道结合实际中最佳熔覆工艺试验来确定其具体数值，选取最优的激光熔覆工艺参数来作为实验参数，以此工艺参数焊接完第一个焊道后，通过游标卡尺的测量获得该单道焊道的宽度和高度，后续焊道参数通过式(1)-(3)计算得到。

5.如权利要求2所述的超声喷丸辅助激光增材的修复方法，其特征在于，所述步骤4中，控制器发送信号至超声喷丸控制模块，控制超声喷丸工具头，根据修复的形状尺寸选择合适的超声喷丸头，之后分别打开激光控制系统和协同控制系统，利用两个独立的机械手臂控制激光增材修复和超声喷丸工作；采用同成分哈氏合金X粉末，通过控制器的送粉控制模块，利用送粉器配合铺粉器完成送粉和铺粉过程，利用红外温度监控器监控修复区域温度，并反馈给协同控制系统，以改变激光增材修复的同步距离和同步时间间隔，达到设定温度后，启动超声喷丸系统，并持续保持与激光熔敷头的距离，直至修复完成。