[发明专利]一种旋转磁场辅助激光熔覆及激光打孔装置及方法

说明书

本发明公开了一种旋转磁场辅助激光熔覆及激光打孔装置及方法，包括工作台、旋转磁场发生装置、机械手、激光头、机架、移动机构和控制器；旋转磁场发生装置设置在工作台上，且位于工件的两侧，旋转磁场发生装置和电源连接用于产生旋转磁场；第一机械手和第二机械手分别位于工作台的两侧，第一激光头用于对工件进行激光打孔；第二激光头用于对工件进行激光熔覆；移动机构设置在机架上，工作台设置在移动机构上。本发明充分将磁场、激光打孔与激光熔覆的优势相结合，能够先利用激光打孔去除待修复区域的材料，再利用激光熔覆增材制造，之后紧接着进行激光打孔，使得修复后的带孔结构件能够满足使用需求，并提高修复质量，降低企业的生产成本。

技术领域

本发明属于金属零部件再制造修复技术领域，尤其涉及一种旋转磁场辅助激光熔覆及激光打孔装置及方法。

背景技术

在常规激光加工过程中，由于各种不确定因素，激光打孔后的孔洞会出现微裂纹、重铸层等缺陷，并且带孔结构件在工作环境下很容易产生疲劳损坏，并且在孔的边缘会存在较大的应力梯度，容易在孔边形成疲劳、蠕变等裂纹损坏，从而造成结构上的不完整和结构功能的降低，影响其疲劳寿命。

现有的激光打孔方法一般是将激光束聚焦于工件表面或者表面以下某个位置，以足够高的功率密度加热和熔化材料，随后材料以液态和气态形式喷射出去，达到材料去除的目的。在激光打孔过程中，熔池上方的金属蒸汽吸收激光能量发生离子化，导致等离子爆炸，产生高温高压的等离子体云。最近研究表明，高温高压的等离子云为激光打孔的第二热源，推动固液界面不断深入材料，达到熔化和气化材料并形成孔穴的目的。然而，等离子体云呈膨胀式背离熔池向外散开，达不到加热熔池的作用。

当前，通用的方法是采用磁场压缩等离子体的方法抑制等离子体散失。等离子体中背离熔池运动的正负带电粒子在磁场的洛伦兹力作用下，朝向熔池表面运动，从而使等离子体贴近和撞击熔池表面，形成熔池加热的第二热源，同时等离子体撞击熔池时，动能会转变为热能，达到提高打孔效率的目的。但是，因为在静磁场作用下，平行于磁场方向的运动带电粒子不受洛伦兹力的作用，因此静磁场会产生等离子单向压缩现象，会导致椭圆孔的产生。

带孔结构件出现孔边损坏，孔洞出现微裂纹、重铸层等缺陷后，目前通常情况下采用的是对损坏的带孔结构件进行更换的方式，并不采用修复的方式，这无疑增加了生产成本。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种旋转磁场辅助激光熔覆及激光打孔装置及方法，是一种用来修复带孔结构件的装置和方法，充分利用激光增材再制造的工艺技术来实现孔洞功能的恢复，并提高修复质量，降低生产成本。

注意，这些目的的记载并不妨碍其他目的的存在。本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。可以从说明书、附图、权利要求书的记载中抽取上述目的以外的目的。

本发明通过激光熔覆机械手、激光头等实现在带孔结构件表面的激光熔覆修复的过程；通过激光打孔机械手和脉冲激光头实现对待修复带孔结构件表面和熔覆层表面的激光打孔过程。旋转磁场发生装置与交直流电源连接，输出旋转磁场作用于待修复带孔结构件两侧，实现旋转磁场辅助激光熔覆和激光打孔，以改善熔覆层微观组织和表面综合性能，并提高了打孔效率、精度和质量。

本发明充分将磁场、激光打孔与激光熔覆的优势相结合，能够先利用激光打孔去除待修复区域的材料，再利用激光熔覆增材制造，之后紧接着进行激光打孔，使得修复后的带孔结构件能够满足使用需求，并提高修复质量，降低生产成本。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的：

一种旋转磁场辅助激光熔覆及激光打孔装置，包括工作台、旋转磁场发生装置、机械手、激光头、机架、移动机构和控制器；