[发明专利]一种基于磁悬浮原理的原位激光增材修复方法

说明书

本发明提供一种基于磁悬浮原理的原位激光增材修复方法，包括S1.利用五轴机器人控制激光熔融喷头方向，使得增材修复增长方向可变，定义增材方向与垂直方向的夹角为增材倾斜角θ。S2.在不同增材倾斜角θ下，进行熔融沉积单道实验、多道实验和多道多层实验，初步找到最优化的激光、喷头、送粉等工艺参数。本发明利用电磁线圈产生的磁场让金属液滴克服重力而悬浮，通过机器控制激光快速成形喷头方向，使得增材制造沿任意方向进行，该技术用于航空航天和船舶领域。本发明克服了目前增材制造只能沿垂直方向进行和增材修复只能将零件拆解后再行修复的缺点，大大提升了增材修复的应用范围，特别是使得现场原位修复成为可能。

技术领域

本发明涉及金属零件修复领域，尤其涉及一种零件原位激光增材修复方法，尤其适用于航空航天、船舶等领域在突发情况下的快速修复。

背景技术

航空航天与船舶领域零件长期服役在恶劣的工作环境中，零件受震动、摩擦磨损、高低温冲击、冷热疲劳等作用后易产生裂纹、腐蚀和磨损等损伤。由于生产成本和周期的要求，常常采用先进修复技术实现损伤零部件的高质高效修复，延长其使用寿命，减少更换零件，减少巨额经济损失。常规的修复方法是将零件拆卸下来，进行修复后再进行安装。然后在某些极端条件下，修复周期要求极短，来不及将零件拆卸后再行修复，因此迫切需要有一种原位修复的方法，以便在极端条件下迅速修复受损部位。

激光增材修复技术是利用激光热源输入在零件受损位置处进行增材制造，修复回正常设计的形状。由于激光光斑直径小，熔池微小，热影响区可以控制在很小的范围，因此修复后零件的残余应力和变形都很小，使其非常适合用于航空航天和船舶领域一些关键零件的三维修复。

原位修复过程中，由于零件无法拆卸，修复体的增长方向随着零件在设备或部件中的位置及受损部位而变化，因此对增材修复提出了新的要求，即增材修复方向可控，可以在任意方向进行增材修复。然后激光增材制造通常要求增材的方向与重力方向相反，避免重力作用下造成熔池不稳定导致成形失败，这限制了增材制造技术进行原位修复中的应用。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于磁悬浮原理的原位激光增材修复方法，以使得增材制造可以进行原位修复，解决极端条件下迅速修复零件的难题。

本发明采用如下技术方案：

S1.利用五轴机器人控制激光熔融喷头方向，使得增材修复增长方向可变，定义增材方向与垂直方向的夹角为增材倾斜角θ。

S2.在不同增材倾斜角θ下，进行熔融沉积单道实验、多道实验和多道多层实验，初步找到较优化的激光、喷头、送粉等工艺参数。

S3.在修复基板下面增加电磁线圈，通入交变电流；调整线圈与增材部位的距离L,进行熔融沉积实验，优化电磁参数(电磁线圈参数和交变电流参数)，并进一步找到较合适的增材工艺参数。

S4.根据S2和S3，建立增材工艺参数和增材倾斜角θ之间的关系F(P,v,L,θ,K)＝0，其中P为激光功率，v为扫描速度；建立电磁参数与距离L之间的关系F(p,f,n,d,L,K)＝0，其中p为电磁线圈加载功率，f为电磁频率，n为线圈匝数，d为线圈线径。

S5.对待修复区域进行预处理，利用三维扫描技术快速生成预处理过的零件，通过数据处理重建待修复零件的模型。

S6.对比S5重建的模型与原始设计CAD，生成增材扫描路径及喷头较优方向。

S7.根据S6中确定的增材方向，选取S4中优化的增材修复工艺参数，并控制机器手带动激光熔融喷头按照S6中生成的扫描路径进行，对待修复金属零件进行修复。

S8.对修复部位打磨光洁。

作为本发明进一步改进，步骤S2中工艺参数包括激光功率、激光光斑直径、激光与粉末汇聚位置、送粉气压、激光扫描速率、激光扫描间距等。