46]其中，所述環(huán)錐形聚焦激光束內(nèi)部具有送粉束，且環(huán)錐形聚焦激光束與送粉束之間具有準(zhǔn)直氣，所述環(huán)錐形聚焦激光束、送粉束、準(zhǔn)直氣保持同軸設(shè)置。優(yōu)選地，送粉束的直徑為2mm。
[0047]進(jìn)一步地，所述激光恪覆成形工藝中，在步驟SI之前還包括:對(duì)基體材料以及送粉束所使用的粉末進(jìn)行前處理。具體地，所述前處理具體包括:采用砂紙對(duì)基體材料的表面進(jìn)行打磨，并用酒精去除油污后，再用丙酮清洗;將所使用的粉末在200度的烘箱內(nèi)放置2h，烘干去除水分。
[0048]S2、控制環(huán)錐形聚焦激光束、激光束內(nèi)部的送粉束、以及激光束和送粉束之間的準(zhǔn)直氣，在熔覆過程中，始終相對(duì)基體材料的待熔覆表面同軸出射。
[0049]S3、控制激光熔覆頭的姿態(tài)，沿曲率實(shí)體件的半徑方向，自內(nèi)而外逐層搭接熔覆各熔道層，搭接熔覆形成的各熔道層形成一層熔覆層，在一層熔覆層的搭接熔覆過程中，激光熔覆頭的負(fù)離焦量隨搭接熔覆的進(jìn)行而逐漸減小。
[0050]具體地，激光熔覆頭的不等高搭接熔覆過程中，激光熔覆頭的負(fù)離焦量隨之逐漸減小。其中，當(dāng)形成的一層熔覆層為初始熔覆層時(shí)，初始熔覆層的各熔道層對(duì)應(yīng)的激光熔覆頭的負(fù)離焦量為初始負(fù)離焦。當(dāng)形成的一層熔覆層并非初始熔覆層時(shí)，相應(yīng)熔覆層的最內(nèi)側(cè)熔道層對(duì)應(yīng)的激光熔覆頭的負(fù)離焦量為初始負(fù)離焦。
[0051]如圖4所示，基于上述變離焦的調(diào)節(jié)方式，所述步驟S3具體包括S31?S34:
[0052]S31、建立空間坐標(biāo)系，設(shè)置所述各熔覆層中最內(nèi)側(cè)熔道層的坐標(biāo)值XP[1]?XP[m]。
[0053]S32、每層熔覆層熔覆時(shí)，控制激光熔覆頭運(yùn)動(dòng)至XP[n]的坐標(biāo)值位置處，沿z軸方向掃描單道，其中，l<n<m。
[0054]S卩XP[n]進(jìn)行熔覆的熔覆層中，最內(nèi)側(cè)的熔道層的坐標(biāo)值。
[0055]S33、掃描完畢，控制激光熔覆頭返回至XP[n]的坐標(biāo)值位置處，控制激光熔覆頭的姿態(tài)，并沿實(shí)體件的半徑方向，向外運(yùn)動(dòng)至下一熔道層對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值位置處，沿z軸方向掃描單道。
[0056]其中，控制激光熔覆頭的姿態(tài)時(shí)，最內(nèi)層熔覆噴頭沿曲率實(shí)體件的半徑方向的法向的單次轉(zhuǎn)角為Θ。其中，9=h/r，公式中，h為最內(nèi)側(cè)堆積提升量，r為最內(nèi)側(cè)圓弧曲率半徑。
[0057]S34、重復(fù)步驟S33，至相應(yīng)熔覆層完全成形。
[0058]此外，所述步驟S3中，環(huán)錐形聚焦激光束的掃描速度為6-8mm/s，送粉束的供粉率為7-9g/min，準(zhǔn)直氣的氣壓為0.02MPa。
[0059]S4、重復(fù)步驟S2和S3，至曲率實(shí)體件完全成形。
[0060]本發(fā)明還提供一種曲率實(shí)體件激光熔覆成形裝置，其包括:高功率激光器系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)、送粉器、光內(nèi)送粉熔覆頭、準(zhǔn)直氣輸送系統(tǒng)。
[0061]其中，高功率激光器系統(tǒng)用于提供激光;所述機(jī)器人系統(tǒng)用于控制所述光內(nèi)送粉熔覆頭的運(yùn)動(dòng);所述送粉器用于光內(nèi)送粉;所述光內(nèi)送粉熔覆頭用于形成內(nèi)部具有送粉束的環(huán)錐形聚焦激光束;準(zhǔn)直氣輸送系統(tǒng)用于提供環(huán)錐形聚焦激光束和送粉束之間的準(zhǔn)直
Ho
[0062]綜上所述，本發(fā)明的曲率實(shí)體件激光熔覆成形工藝基于中空激光以及光內(nèi)送粉技術(shù)，針對(duì)曲率實(shí)體件搭接過程中的內(nèi)外側(cè)弧長(zhǎng)不一致的問題進(jìn)行不等高搭接。進(jìn)一步地，沿半徑方向的不等高搭接熔覆過程中，離焦量隨搭接熔覆的進(jìn)行而逐漸減小，克服了曲率實(shí)體件成形過程中的內(nèi)外側(cè)弧長(zhǎng)不一致的問題，有效保證了曲率實(shí)體件的質(zhì)量。
[0063]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0064]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種曲率實(shí)體件激光熔覆成形工藝，其特征在于，所述激光熔覆成形工藝包括如下步驟: 51、設(shè)定激光熔覆頭的初始負(fù)離焦為3-4mm，所述激光熔覆頭可發(fā)射環(huán)錐形聚焦激光束，所述環(huán)錐形聚焦激光束具有對(duì)應(yīng)的初始負(fù)離焦位置，控制基體材料位于所述初始負(fù)離焦位置； 52、控制環(huán)錐形聚焦激光束、激光束內(nèi)部的送粉束、以及激光束和送粉束之間的準(zhǔn)直氣，在熔覆過程中，始終相對(duì)基體材料的待熔覆表面同軸出射； 53、控制激光熔覆頭的姿態(tài)，沿曲率實(shí)體件的半徑方向，自內(nèi)而外逐層搭接熔覆各熔道層，搭接熔覆形成的各熔道層形成一層熔覆層，在一層熔覆層的搭接熔覆過程中，激光熔覆頭的負(fù)離焦量隨搭接熔覆的進(jìn)行而逐漸減小； 54、重復(fù)步驟S2和S3，至曲率實(shí)體件完全成形。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲率實(shí)體件激光熔覆成形工藝，其特征在于，所述激光熔覆成形工藝中，在步驟SI之前還包括:對(duì)基體材料以及送粉束所使用的粉末進(jìn)行前處理。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的曲率實(shí)體件激光熔覆成形工藝，其特征在于，所述前處理具體包括:采用砂紙對(duì)基體材料的表面進(jìn)行打磨，并用酒精去除油污后，再用丙酮清洗;將所使用的粉末在200度的烘箱內(nèi)放置2h，烘干去除水分。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲率實(shí)體件激光熔覆成形工藝，其特征在于，所述環(huán)錐形聚焦激光束內(nèi)部送粉束的直徑為2mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲率實(shí)體件激光熔覆成形工藝，其特征在于，所述步驟S3中，當(dāng)形成的一層熔覆層為初始熔覆層時(shí)，初始熔覆層的各熔道層對(duì)應(yīng)的激光熔覆頭的負(fù)離焦量為初始負(fù)離焦；當(dāng)形成的一層熔覆層并非初始熔覆層時(shí)，相應(yīng)熔覆層的最內(nèi)側(cè)熔道層對(duì)應(yīng)的激光熔覆頭的負(fù)離焦量為初始負(fù)離焦。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲率實(shí)體件激光熔覆成形工藝，其特征在于，所述步驟S3具體包括: 531、建立空間坐標(biāo)系，設(shè)置所述各熔覆層中最內(nèi)側(cè)熔道層的坐標(biāo)值XP[1]?XP[m]; 532、每層熔覆層熔覆時(shí)，控制激光熔覆頭運(yùn)動(dòng)至XP[n]的坐標(biāo)值位置處，沿z軸方向掃描單道，其中，l<n<m; 533、掃描完畢，控制激光熔覆頭返回至XP[n]的坐標(biāo)值位置處，控制激光熔覆頭的姿態(tài)，并沿實(shí)體件的半徑方向，向外運(yùn)動(dòng)至下一熔道層對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值位置處，沿z軸方向掃描單道； 534、重復(fù)步驟S33，至相應(yīng)熔覆層完全成形。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的曲率實(shí)體件激光熔覆成形工藝，其特征在于，所述步驟S33中，控制激光熔覆頭的姿態(tài)時(shí)，最內(nèi)層熔覆噴頭沿曲率實(shí)體件的半徑方向的法向的單次轉(zhuǎn)角為θ; 其中，Θ = h/r，公式中，h為最內(nèi)側(cè)堆積提升量，r為最內(nèi)側(cè)圓弧曲率半徑。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲率實(shí)體件激光熔覆成形工藝，其特征在于，所述步驟S3中，環(huán)錐形聚焦激光束的掃描速度為6-8mm/s，送粉束的供粉率為7-9g/min，準(zhǔn)直氣的氣壓為0.02MPa。9.一種曲率實(shí)體件激光熔覆成形裝置，其特征在于，所述曲率實(shí)體件激光熔覆成形裝 置包括:高功率激光器系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)、送粉器、光內(nèi)送粉熔覆頭、準(zhǔn)直氣輸送系統(tǒng)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種曲率實(shí)體件激光熔覆成形工藝及裝置，其中，所述激光熔覆成形工藝包括如下步驟：S1、設(shè)定激光熔覆頭的初始負(fù)離焦，控制基體材料位于所述初始負(fù)離焦位置；S2、控制環(huán)錐形聚焦激光束、激光束內(nèi)部的送粉束以及準(zhǔn)直氣，同軸出射；S3、控制激光熔覆頭的姿態(tài)，沿曲率實(shí)體件的半徑方向，自內(nèi)而外逐層搭接熔覆各熔道層，搭接熔覆形成的各熔道層形成一層熔覆層，在一層熔覆層的搭接熔覆過程中，激光熔覆頭的負(fù)離焦量隨搭接熔覆的進(jìn)行而逐漸減小；S4、重復(fù)步驟S2和S3，至曲率實(shí)體件完全成形。本發(fā)明的曲率實(shí)體件激光熔覆成形工藝基于中空激光以及光內(nèi)送粉技術(shù)，針對(duì)曲率實(shí)體件搭接過程中的內(nèi)外側(cè)弧長(zhǎng)不一致的問題進(jìn)行不等高搭接。
【IPC分類】C23C24/10, B33Y10/00, B33Y30/00, B22F3/105
【公開號(hào)】CN105648436
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】傅戈雁, 賈帥, 周斌, 石世宏, 王聰
【申請(qǐng)人】蘇州大學(xué)
【公開日】2016年6月8日
【申請(qǐng)日】2016年1月21日