[发明专利]一种金属结构件表面微小裂纹修复方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于金属结构件缺陷修复技术领域，涉及一种金属表面微小裂纹修复方法和装置。

背景技术

金属结构件在制造和服役过程中不可避免产生各种微观裂纹，例如焊接裂纹、热处理裂纹、磨削裂纹、电加工裂纹、电火花裂纹、金属疲劳裂纹、激光熔覆裂纹等，随着服役时间的增加，微观裂纹不断扩展，造成机械零件的失效，甚至导致突发性灾难性事故，给国家和人民财产造成巨大损失。由于微观裂纹的早期扩展多发生在局部范围，因此对尚未达到设计寿命的金属结构件、特别是重大机械装备零部件的局部微小裂纹的早期修复，对于节省资源，延长装备的寿命尤为重要。

目前，金属结构件裂纹修复方法主要有常规焊接技术和基于激光技术的激光填料焊接和激光熔覆技术等。采用常规焊接技术多使用焊枪，如申请号为CN90222738的“便携式焊枪”和申请号为CN89203471的“双嘴便携式焊枪”，进行裂纹缺陷部位的手工补焊。由于修复过程中完全需要操作者根据经验判断修复的位置、时机、修复时间长短和参数，修复质量难以控制。采用基于激光技术的激光填料焊接和激光熔覆技术，如汪定江等“基于激光熔覆技术的航空发动机涡轮叶片裂纹修复新工艺”，新技术新工艺，2010，(8)：72-74。虽然修复质量得到充分保证，然而现有的激光焊接和激光熔覆设备体积庞大，需要复杂的数控系统与驱动部件，设备成本高；而且激光焊接和激光熔覆设备通常针对一种或一类工件根据特定的编程路径进行修复，通用性差，修复位置受限，无法实施现场不规则裂纹的修复，修复质量差。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，发明一种金属结构件表面微小裂纹修复方法和装置，该装置集裂纹定位、修复激光束和送粉于一体，可以快速精准地确定微小裂纹的位置并进行修复，尤其适用于受缺陷空间位置限制，常规激光修复方法无法实施的特殊位置微小及不规则裂纹的原位修复。

本发明所采用的技术方案是一种金属结构件表面微小裂纹修复方法和装置，该修复方法采用激光加热光路和观察光路构成同轴光路，用图像采集装置和距离传感器检测裂纹，用温度传感器实时监测裂纹修复区的温度，用激光器加热、修复裂纹，修复方法分为检测和修复两个步骤，检测步骤为：由CCD工业相机和同轴光学回路构成图像采集装置，采集并放大图像信号以确定金属结构件表面微小裂纹的位置；由距离传感器检测裂纹修复装置的喷嘴到裂纹的距离，当该距离在设定的激光透镜焦段范围内时，开启激光器，加热待修复裂纹区；由温度传感器实时监测裂纹修复区的温度，直至激光加热温度达到材料的软化点；修复步骤为：当激光加热裂纹修复区温度到达材料软化点后开启空气压缩机，以一定的高压气体将储粉罐中的金属粉末输送至裂纹修复区，并由流量计控制金属粉末输送量；在修复过程最后采用气动活塞驱动顶杆击打并压实喷涂在修复区域的材料，保证添加在裂纹处的材料与被修复零件母材充分结合，提高修复可靠性和修复质量。

采用上述技术进行裂纹修复，使用的修复装置的整体外形为枪型结构，包括枪体、检测系统和送粉装置三个部分：在枪体中，激光聚焦模块10的一端与激光输入端11相连，另一端与L形的第二连接器9相连；从所述的激光聚焦模块10自左至右依次安装有第一激光聚焦固定环26，准直镜27，第二激光聚焦固定环28，聚焦镜29，第三激光聚焦固定环30；在L形的第二连接器9和L形的第一连接器5之间安装双色镜8，并使其与激光光轴OO'的夹角为45°；喷嘴1的左端通过定位凸台安装在第一连接器5上；连接器上连接板7安装在第一连接器5和第二连接器9上方，连接器上连接板7上安装有气缸支架6和气缸4；连接器下连接板24安装在第一连接器5和第二连接器9下方，并通过螺钉23将手柄22连接在枪体上；喷嘴1上开有喷嘴口a、顶杆通道c、温度传感器通道e和送粉通道b与d，且上述通道相交于光轴上同一点；右主外壳40和左主外壳41安装在上述装配后的整体结构外面，前盖2和后盖12分别安装在右主外壳40和左主外壳41的前端和后端；激光加热光路由激光输入端11，激光聚焦模块10，双色镜8和喷嘴1构成；