[发明专利]一种超声喷丸辅助激光增材修复装置及其修复方法

说明书

本发明公开了一种超声喷丸辅助激光增材修复装置及其修复方法，所述修复装置包括用于放置待修复工件的工作台，受驱动在所述工作台上方移动的超声喷丸工具头、送粉器、激光熔覆工具头，其中所述超声喷丸工具头的驱动机器人由超声喷丸处理模块控制以规划超声喷丸工具头的运动轨迹，所述激光熔覆工具头的驱动机器人由激光器控制以规划激光熔覆工具头的运动轨迹，所述送粉器由铺粉器驱动以控制其运动轨迹，所述工作台上方还设有红外温度监控器。本发明通过实现超声喷丸和激光熔敷协同作用，保证激光快速凝固和超声冲击作用协同作用，大幅度降低裂纹率和残余应力水平，实现高精度、高性能、高效的镍基合金高温损伤部件的激光增材修复。

技术领域

本发明涉及材料修复技术领域，特别是涉及一种超声喷丸辅助激光增材的镍基高温合金 的修复方法。

背景技术

目前随着我国航空航天水平的高速发展，国内干线客机对发动机的市场累计需求总量也 将超过6000台，而低空空域的开放将进一步刺激通用飞机对发动机的需求量。因此与之配 套的航空发动机维修服务将迎来庞大的市场前景，对服役后损伤部分的修复技术进行研究具 有可观的商业和应用价值。

目前针对航空发动机燃烧室修复的解决方案主要依赖于人工操作，工艺分离，效率较低， 修复质量稳定性差。航空发动机燃烧室一般采用镍基高温合金，例如哈氏合金X等，采用熔 焊修复残余应力大、热输入大，容易使修复组织变化、修复后变形比较大，难以实现高精度 损伤部件修复。而采用激光修复方法虽然可以避免常规熔焊修复热输入大等缺点，实现低热 输入、低残余应力和低变形效果，但对于镍基高温合金，修复过程极易产生气孔、裂纹等缺 陷，无法实现等强的航空高温部件的修复，严重制约镍基高温合金燃烧室的修复和延寿技术 的发展。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的镍基高温合金利用激光修复方法进行修复时容易 产生气孔、裂纹缺陷的问题，而提供一种超声喷丸辅助激光增材吸附设备。

本发明的另一方面是提供一种镍基高温合金的一种超声喷丸辅助激光增材修复方法，准 确构建镍基合金高温损伤部件的完整三维模型进行修复，修复周期短。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种超声喷丸辅助激光增材修复装置，包括用于放置待修复工件的工作台，受驱动在所 述工作台上方移动的超声喷丸工具头、送粉器、激光熔覆工具头，其中所述超声喷丸工具头 的驱动机器人由超声喷丸处理模块控制以规划超声喷丸工具头的运动轨迹，所述激光熔覆工 具头的驱动机器人由激光器控制以规划激光熔覆工具头的运动轨迹，所述送粉器由铺粉器驱 动以控制其运动轨迹，所述工作台上方还设有红外温度监控器，所述激光器、铺粉器、红外 温度监控器、送粉器均与激光控制系统通讯连接，所述超声喷丸处理模块与协同控制系统通 讯连接。

本发明的另一方面，一种超声喷丸辅助激光增材的修复方法，包括以下步骤：

步骤1，根据待修复工件，通过扫描确定受损伤部位、缺陷规格尺寸，对缺陷部位进行 半椭球形挖补。

步骤2，清理干净所述待修复工件的表面。

步骤3，依据挖补区域规划形状和尺寸，对激光增材修复路径和熔覆层数进行规划，具 体的:

建立所述待修复工件的模型，对缺陷部位进行半椭球形挖补，采用相互平行于XZ坐标 平面并且相距均为δ的一组切平面，对挖补所得的半椭球型模型进行切割，从而得到一组相 交的轨迹线即为相应的熔覆轨迹线，其中，

激光熔覆路径间距也即切平面间的间距δ由搭接率来控制，然后通过式(1)计算得到切 片宽度，代入式(2)得到相应的搭接率_s；

式中(1)和(2)中，l为单道熔覆层宽度，单位为mm；h为单道熔覆层高度，单位为mm；