[发明专利]激光熔覆与激光冲击复合形成激光锻打工艺的保护工装

说明书

本发明涉及一种激光熔覆与激光冲击复合形成激光锻打工艺的保护工装，包括惰性气体密封箱、气路系统和光路系统，惰性气体密封箱的上方开口处覆盖有密封膜，熔覆加工头穿过密封膜进入惰性气体密封箱内，惰性气体密封箱由机械手驱动相对于熔覆加工头移动；气路系统包括设在惰性气体密封箱上的进气孔、抽气罩、集气盒、洗气水箱和抽气电机，抽气罩上从下至上贯穿有若干抽气孔，进气孔和抽气孔均与惰性气体密封箱连通，集气盒分别与抽气孔和洗气水箱连通，抽气电机的进气端与洗气水箱连通，抽气电机的出气端与惰性气体密封箱连通；光路系统包括设在惰性气体密封箱内的光路调整镜片组，惰性气体密封箱一侧设有全透镜，光路调整镜片组与全透镜相对设置。

技术领域

本发明属于激光熔覆制造技术领域，尤其涉及一种激光熔覆与激光冲击复合形成激光锻打工艺的保护工装。

背景技术

激光熔覆是以同步送粉方式经气体载运输送合金粉末，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，经快速熔化凝固过程，形成稀释度较低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了材料表面特定的性能的要求，又节约了大量的贵重元素。

激光冲击强化是通过高功率密度、短脉冲的激光通过透明约束层作用于金属表面所涂覆的能量吸收层，吸收层吸收激光能量迅速气化并几乎同时形成大量稠密的高温高压等离子体。该等离子体继续吸收激光能量急剧升温膨胀，然后爆炸形成高强度冲击波作用于金属表面。当冲击波的峰值压力超过材料的动态屈服强度时，材料发生塑性变形并在表层产生垂直于材料表面的压应力。激光作用结束后，由于冲击区域周围材料的反作用，其力学效应表现为材料表面获得较高的残余压应力。残余压应力会降低交变载荷中的拉应力水平，使平均应力水平下降，从而提高疲劳裂纹萌生寿命。同时残余压应力的存在，可引起裂纹的闭合效应，从而有效降低疲劳裂纹扩展的驱动力，延长疲劳裂纹扩展寿命。

如图1所示，激光熔覆与激光冲击复合形成锻打效应的原理示意图，通过将激光熔覆与激光冲击进行同步、同时复合加工，可以实现熔覆层400金属在处于熔融态时，即受到激光冲击作用，形成等效锻打效果，不但可实现改善覆层组织、细化晶粒的作用，还可实现优化覆层残余应力分布、延长覆层材料疲劳寿命的作用。为保证激光熔覆与激光冲击的激光束能够准确复合，设置激光熔覆激光束200的光斑与激光冲击激光束300的光斑交互重叠半个光斑，且为固定不随动，以实现激光熔覆的熔池处于熔融态且未凝固时，完成激光冲击以形成的锻打效果。被加工工件9的加工路径通过机器人夹持进行反向运动编程实现。

TC4等钛合金叶片及镁合金、铝合金叶片在激光锻打过程中，受与氧气接触影响，易产生覆层气孔、裂纹及剧烈燃烧等严重影响工件9性能及工艺过程的负面效应。因此，为防止金属材料与氧气反应，需提供惰性气体环境。因而在使用激光熔覆与激光锻打相结合进行叶片类工件9再制造时，研究适配该工艺过程的惰性气体保护工装成为工艺实现的重要保障。

如现有专利号为201911358500.1，专利名称为一种零件增材复合制造装置及方法，其具体公开了“成型室为密闭腔室，成型室内设置有惰性气体源，惰性气体源出气端连接至成型室内部，成型室内腔底面作为工作台面。激光熔融机械臂和激光喷丸机械臂均设置在成型室内壁上”。其具有如下缺陷：成型室空间较大，难以保持密闭，达不到惰性气体环境要求，且成型室内前期的氧气排空难度大。

发明内容

为解决现有技术存在的激光熔覆和激光冲击复合锻打的保护工装难以达到激光熔覆制造的环境条件要求的问题，本发明提供一种激光熔覆与激光冲击复合形成激光锻打工艺的保护工装。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下，一种激光熔覆与激光冲击复合形成激光锻打工艺的保护工装，包括：

惰性气体密封箱，所述惰性气体密封箱的上方具有开口，所述开口处通过卡扣连接件覆盖有密封膜，熔覆加工头穿过密封膜进入惰性气体密封箱内，所述惰性气体密封箱由机械手驱动相对于熔覆加工头移动；