[发明专利]激光熔覆的闭环控制方法

说明书

本发明公开了一种激光熔覆的闭环控制方法，包括如下步骤：激光熔覆过程中使用两个测温区域不同的测温仪固定在激光器上，随激光器一起运动，并同时对准激光加热中心位置，实时测得两个不同区域内的平均温度T_i、T_n作为指示信号，当激光器运动前方出现特定尺寸范围内的孔洞时，根据指示信号的变化，实时减小激光功率，避免出现孔洞边缘温度过高而引起的塌边等缺陷。之后当激光器离开孔洞范围时，重新调整激光功率，恢复正常的激光熔覆过程。本发明在表面有孔洞的零件上进行激光熔覆，可以避免出现孔洞边缘温度过高而引起的塌边等缺陷，并且不需要进行复杂的轨迹规划。该方法能有效提高激光熔覆工艺质量并且能降低制造难度和成本。

技术领域

本发明涉及材料加工与制造领域，特别是涉及在有空洞零件表面进行激光熔覆时的质量控制。

背景技术

激光熔覆技术是把激光加工与数控技术相结合，通过在金属基体表面预置粉末或同步送粉的方法,利用激光的高能量把金属粉末熔化,与基体形成良好的冶金结合，从而达到改善产品性能的特种加工方法。激光熔覆件表面硬度较高，具有良好的耐磨、耐蚀性能。利用激光熔覆表面强化技术可以把高性能的合金材料熔覆到价格低廉的金属件上，可以改善制品的工作性能,也可用于修复少量磨损的工件。由于激光熔覆的热影响区极小，零部件基本不变形，特别适合于高精度零部件的磨损后修复，因此，将激光熔覆工艺应用于齿面修复，有其独特的优势。

但是在激光熔覆技术中，还有一些关键问题有待研究和解决，比如激光熔覆过程中的孔洞边缘塌陷问题。在激光熔覆中，如果零件表面有孔洞，则在激光扫描到孔洞边缘时，容易出现塌陷现象，从而对基体材料造成损伤，影响熔覆层质量。现有技术中，一般采取轨迹规划的方法避开孔洞，但是这样会极大的增加激光熔覆的成本和复杂程度，并且易受到零件具体结构和精度的限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种在针对有孔洞的零件进行激光熔覆时，能够避免孔洞边缘塌边的闭环控制方法。

特别地，本发明提供一种激光熔覆的闭环控制方法，其特征在于，包括步骤：

步骤100，在激光器的侧边设置用于检测当前温度的第一测温仪，所述第一测温仪的测量中心与所述激光器的激光加工中心重合，且所述第一测温仪的测温面积大于所述激光器熔覆时的熔池面积；

步骤200，准备带有孔洞的待加工零件，设置激光器的初始激光功率与初始熔覆速度，以及预定熔覆轨迹，然后开始熔覆过程；

步骤300，通过控制模块根据熔覆速度设置所述第一测温仪的采样周期，在每个所述采样周期内，所述第一测温仪获取当前测温面积的平均温度；

步骤400，控制模块利用当前采样周期的平均温度，减去前一个采样周期的平均温度，如：

两者的差值大于预定的降温值，则降低所述激光器的激光功率至非熔覆功率；如：

两者的差值为负值且小于预定的升温值，则恢复所述激光器的激光功率至熔覆；如：

两者的差值位于预定的稳定温度范围时，不改变当前所述激光器的激光功率，继续下一个循环，直至熔覆过程结束。

进一步地，所述激光器的侧边上还设置有提前检测前方孔洞的第二测温仪，所述第二测温仪的测温面积大于所述第二测仪的测温面积，且测量中心与所述激光器的激光加工中心重合；

当所述第二测温仪在当前采样周期获取的平均温度与其前一采样周期的平均温度差大于预定的降温值时，则降低所述激光器的激光功率至非熔覆功率。

进一步地，所述第一测温仪的测温面积为所述熔池面积的1.1～1.3倍，所述第二测温仪的测量面积为所述第一测温仪的测温面积的2～5倍。

进一步地，所述采集周期小于或等于所述第二测温仪的测温面积除以两倍的熔覆速度得到的值。